بررسی حلقه های کنترلی بویلروکنترل بویلر نیروگاه ( بخش ۴)

کنترل دمای آب تغذیه خروجی اکونومایزرHP:

این حلقه جریان ری سیر کوله خروجی اکونومانیرر HPرا حفظ می کند طوری که خروجی آب تغذیه خروجی اکونومایزر HP زیر نقطه اشباع باشد.
شرح کنترل:
دمای اشباع بوسیله یک تابع فشار محاسبه می شود. با توجه به اینکه فشار درام HP تقریبا" معادل فشار خروجی اکونومایزرHP می باشد برای تولید SET POINT کنترلرPID بهFG ارسال می گردد. دمای آب خروجی اکونومایزر HP بوسیله (LAB30CT002 ) اندازه گیری می شود و سیگنال مربوطه نمایش داده می شود و آلارم بر اساس Setting list تعریف می شود. سیگنال خروجی کنترلر PID , TCV را (LAB31AA001 ) در موقعیت طراحی شده محاسبه خواهد کرد.
توجه : فقط هنگامی که HRSG در حالت سرد راه اندازی می شود این حلقه در مدار خواهد بود. یک سوئیچ bump less جهت انتخاب مد بهره برداری اتوماتیک/ دستی فراهم شده است. وقتی که خروجی AUTO/MAN از 5% بیشتر شد ( در ابتدا ) یک فرمان باز شدن به LAB31AA101 فرستاده خواهد شد و وقتی که خروجی کمتر از 3% ( در ابتدا) است یک سیگنال بسته شدن بهA/M MV ارسال خواهد شد.  

کنترل دمای آب تغذیه خروجی اکونومایزرIP:
این حلقه جریان ری سیر کوله خروجی اکونومایزرIP را حفظ می کند طوری که خروجی آب تغذیه خروجی اکونومایزرIP زیر نقطه اشباع باشد.
شرح کنترل:
فشار درام IP بوسیله (HAD20CP001) اندازه گیری می شود ,سیگنال مربوطه نمایش داده شده و ثبت می گردد و آلارم بالا بر اساس Setting List تعریف می شود.
یک سیگنال باینری عمل کننده (PSH1 ,PSH2 ,PSH3) فشار درام IP را برای لاجیک مراحل راه اندازی /توقف HRSG ارسال می کند. دمای اشباع بوسیله یک تابع فشار محاسبه می شود. با توجه به اینکه فشار درام IP تقریبا معادل فشار خروجی اکونومایزر IP می باشد برای تولید Set Point کنترلر PID بهF.G ارسال می گردد.
دمای آب خروجی اکونومایزر IP بوسیله (LAB20CT002) اندازه گیری می شود .سیگنال مربوطه نمایش داده شده و ثبت می شودو آلارم بالا بر اساس Setting List تعریف می شود.سیگنال خروجی کنترلرTCV,PID ، (LBA21AA001) را در موقعیت طراحی شده محاسبه می کند.
تذکر:فقط هنگامی که HRSG بصورت سرد راه اندازی می شود این حلقه در مدار است.
یک سوئیچ Bump Less برای انتخاب حالت بهره برداری دستی/اتوماتیک تعبیه شده است.وقتی که خروجی برد Auto/Man (در ابتدا) بالا5% است یک فرمان باز کردن به (LAB21AA101 ) ارسال می شود و وقتی که( در ابتدا )خروجی کمتر از 3%باشد یک فرمان بستن بهA/M MR فرستاده خواهد شد.  

کنترل دمای تانک بلودان:
این حلقه دما را در مقدار انتخاب شده حفظ می کند.
شرح حلقه کنترل:
دمای تانک بلودان بوسیله (HAN60CT001) اندازه گیری می شود,سیگنال مربوطه نمایش داده شده و ثبت می شود و آلارم بالا بر اساس Setting List تعریف می شود. این سیگنال با Set Point تنظیم شده توسط اپراتور، مقایسه خواهد شد و سیگنال خطا بوسیله کنترلر PID پردازش خواهد شد و خروجی کنترلر (PCB90AA001)TCV که روی خط آب مصرفی برای موقعیت یابی درست و ارسال آب کافی به منظور کنترل دما در Set Point طراحی شده نصب شده است را محاسبه می کند.
یک سوئیچ Bump Less برای انتخاب بین مد بهره برداری دستی/اتوماتیک تعبیه شده است.

کنترل فشار دی اریتور:

این حلقه فشار دی اریتور بر اساس یک مینیمم مقدار انتخاب شده حفظ می کند .


شرح کنترل:

برای ثابت نگه داشتن فشار دی اریتور در یک مقدار ثابت (حدود2.5) هنگامی که G.T سوخت گازوئیل مصرف می کند در این حالت هیتر اب تغذیه بای پس است بخار از خط سوپر هیتر IP عبور کرده و از طریق کنترل والو (LBA21AA001) به داخل تانک دی اریتور می ریزد (وقتی که هیتر آب تغذیه بای پس کمبود بخار نداشته و فشار مورد نیاز را تامین کند.)
فشار در اریتور بوسیله (HAD10CP001) اندازه گیری می شود، سیگنال مربوطه نمایش داده شده و ثبت می شود و آلارم بالا بر اساس Setting List تعریف می شود. سیگنال فشار با Set Point حالت دستی که بوسیله اپراتور تنظیم می شود، مقایسه می گردد و سیگنال خطا از طریق کنترلر PID پردازش شده و نهایتا PCV محاسبه می شود LBA21AA001) ) .
یک سوئیچ Bump Less جهت انتخاب مد بهره برداری دستی/اتوماتیک تعبیه شده است.
وقتی که خروجی برد از Auto/Man (در ابتدا) بیشتر از 5%است یک فرمان باز کردن (LBA21AA101) فرستاده می شود و وقتی که خروجی زیر %3 (در ابتدا)است یک فرمان بستن برای A/M MR ارسال می شود.

کنترل فشار بخار اجکتور:

این حلقه فشار بخار اجکتور را در مقدار تعیین شده حفظ می کند.
(اجکتور نگهدارنده برای صحت کار کرد نیاز به بخار با دمای بالا دارد، بنابراین بخار از هدر بخار HP برداشت می شود،اما کاهش فشار بخار تا فشار طراحی شده برای اجکتور ها با ارسال بخار به اجکتور ها و کاهش تا مقدار طراحی شده انجام می شود.)

شرح کنترل:

فشار بخار ورودی به اجکتور های نگه دارنده بوسیله (LAG36CP001) اندازه گیری می شود و سیگنال مربوطه نمایش داده شده و ثبت می شود.آلارمهای بالا/پایین بر اساس Setting List تعریف می شود. این سیگنال با Set Point که توسط اپراتور تنظیم می شود مقایسه می شود. سپس سیگنال عمل کننده PID سیگنال نتیجه را جهت (LBG35AA001) PCV به منظور تعیین موقعیت درست تنظیم کننده فشار بخار در مقدار تعیین شده محاسبه می کند.یک سوئیچ BumpLess برای انتخاب مد بهره برداری دستی اتوماتیک تعبیه شده است.وقتی که خروجی برد اتوماتیک /دستی بالا5%(در ابتدا )است یک فرمان باز کردن به (LBA35AA101) ارسال خواهد شد و وقتی که زیر3%(در ابتدا)است یک سیگنال بستن ارسال خواهد شد. وقتی که اجکتور های نگهدارنده بوسیله F.G انتخاب نشود حلقه کنترل فشار به حالت دستی رفته و PCV (LBG35AA001) به حالت دستی می رود.  

سیستم هوای اینسترومنتی:

وظیفه اصلی این سیستم تامین هوای خشک اینسترومنتی با فشار مناسب به منظور بهره برداری ابزاری کنترل فرعی مثل پوزشینرها و مبدل های i/p می باشد برای تامین هوای اینسترومنتی هر hrsg یک هدر "2تعبیه شده است.
که در این خط یک نمایش دهنده فشار برای نمایش محلی و سه سوئیچ فشار برای حفاظت hrsg از طریق ترکیب لاجیکی 2 از 3 در نظر گرفته شده است.

99 مثال کاربردی برای پنوماتیک

99 مثال کاربردی برای پنوماتیک 

بررسی حلقه های کنترلی بویلروکنترل بویلر نیروگاه ( بخش ۳)

چند تعریف در مورد مد سه المانی
A ) وقتی جریان آب تغذیه HP وIP به بیشتر از 20% افزایش یابد حلقه به مد سه المانی می رود.
B )وقتی جریان آب تغذیه HPوIP به کمتر از15%کاهش یابد حلقه به مد تک المانی می رود .
(LAB10AAD11/012) و لوله های کنترلی با 100% ظرفیت هستند که یکی از آنها توسط اپراتور انتخاب می شود.
وقتی که خروجی برد Auto/MAN بالای 5% (در ابتدا)است یک فرمان باز شدن به (LAB10AA101) فرستاده می شود.
وقتی که خروجی زیر3%(در ابتدا) است یک فرمان بسته شدن بهA/M MR فرستاده می شود.
مقدار Set Point حالت دستی که توسط اپراتور تنظیم می شود بر اساس دستور العمل تهیه کننده است .مقدار Set Point راه اندازی به صورت اتوماتیک انتخاب می شود و این در حالی است که فشار درام HP کمتر از 53bar است.
یک سوئیچ Bump less برای انتخاب بین مد تک المانی و سه المانی فراهم شده است .
یک سوئیچBump less برای انتخاب set Point برای حالت دستی و راه اندازی فراهم شده است .
یک سوئیچ Bump less برای انتخاب مد بهره برداری دستی / اتوماتیک فراهم شده است.
یک سوئیچ Bump less برای انتخاب CV1 وCV2 فراهم شده است.
تذکر: پارامتر های (KP ,Ti, Td )برای کنترلر اصلی PID از مد سه المانی و کنترلر PID مد تک المانی یکسان نخواهد بود بنابراین کنترلر PID برای اهداف ذکر شده فوق در نظر گرفته شده است.  

حلقه کنترل بار:

هدف:
این حلقه بار HRSG را بر اساس بار G.T و سیگنال بار HRSG که از سیستم توضیع بار واحد ارسال می گردد حفظ می کند.

شرح کنترل:
موقعیت دمپر دایورتور بوسیله (HMA20CG001 ) اندازه گیری می شود و سیگنال مربوطه نمایش داده شده و ثبت می شود و با Set Point محاسبه شده یا انتخاب شده بوسیله سیستم کنترل , بر اساس مراحل بعدی مقایسه خواهد شد .
(1 هنگامی که HRSG راه اندازی شد . بسته به حالت راه اندازی ،یک مقدار از پیش تعیین شده انتخاب میشود بر اساس درخواست باز کردن دمپر دایورتر،در این حالت حلقه کنترل از طریق لاجیک مهیا شده SET Point راه اندازی را دنبال میکند .
(2بعد از راه اندازی HRSG , دو امکان درخواست برای HRSG وجود دارد : اول درخواست بهره برداری بار نرمال که 100% خواهد بود و دوم درخواست حرکت برگشت ( Run back ) که بر اساس شروط توربین توسط سازنده توربین تعریف میشود .فرمان بار A/M از طریق لاجیک مهیا شده انتخاب خواهد شد .
(3هنگام توقف HRSG بسته به حالت ،یک مقدار از پیش تعیین شده بر اساس فرمان باز کردن دمپر دایورتر انتخاب خواهد شد. در این حالت حلقه کنترل از طریق لاجیک مهیا شده به Set Point توقف میرود .
(4 وقتی اختلاف دمای بین فلزات بالا و پایین درام از 110سانتی گراد بیشتر شود موقعیت دمپر درایورتر در حالت قبلی قرار میگیرد Set Point انتخاب شده از بلوک محدود کننده عبور خواهد کرد سپس با فرآیند اختلاف مقایسه خواهد شد (موقعیت دمپر دایورتر ) این سیگنال خطا بوسیله کنترلر PID پردازش می شود و سر انجام محرک هیدرولیک دمپر دایورتر (HMA20AA001 ) به موقعیت طراحی شده هدایت میشود .تریپ HRSG حلقه کنترل را به حالت دستی و خروجی را به صفر خواهد فرستاد .یک سوئیچ Bump less برای انتخاب بین مد بهره داری دستی / اتوماتیک فراهم شده است .یک سوئیچ Bump less برای انتخاب Set Point راه اندازی فراهم شده است . کنترل دمای بخار HP:

این حلقه بخار HP را در مقدار تعیین شده حفظ میکند .به منظور ثابت نگهداشتن دمای خروجی از سوپر هیتر ثانویه وحداقل اختلاف دمای جریان بخار HP ،دمای سوپر هیتر بوسیله کنترل ولو آب اسپری که بین سوپر هیتر اولیه و ثانویه نصب شده است کنترل میشود .

شرح کنترل:

دمای خروجی سوپرهیتر ثانویه بوسیله (LBA30CT001/CT002 ) اندازه گیری میشود. سیگنال مربوطه نمایش داده شده و ثبت میشود. سپس یکی از دو سیگنال عمل کننده استفاده میشود و سیگنال نتیجه برای فرآیند کنترل در نظر گرفته میشود و با Set Point مقایسه شده و بعد از پردازش بوسیله کنترلر PID به کنترلر PID ثانویه ارسال میشود (آلارم های بالا و پایین بر اساس Setting List برای یکی از دو سیگنال خروجی تعریف میشود ) این سیگنال یرای کنترلر PID یک Set Point میباشد که این سیگنال بوسیله (HAH30CT001/CT002) اندازه گیری میشود. سیگنالهای مربوطه نمایش داده شده و ثبت میشود و آلارمهای بالا و پایین بر اساس Setting List تعریف میشود ). جریان بخار سوپر هیتر HP که دمای لوله بخار سوپر هیت اهمیت دارد بصورت سیگنال Feed Forward در نظر گرفته می شود و به سیگنال خروجی کنترلر PID ثانویه افزوده می شود. سیگنال دیگری که اثر بیشتری روی دمای بخار سوپر هیتر M می باشد که بوسیله (LAE10CF001) اندازه گیری می شودو بوسیله دمای آب تغذیه HP (LAB30CT001) تامین می شود پس نمایش داده شده و ثبت می شود و Set Point کنترلرPID سومی از طریق محاسبه خروجی کنترلر جریان بخار HP محاسبه می شود .خروجی آخرین کنترلر برای موقعیت (LAE10AA001) بهField ارسال می شود.
یک سوئیچ Bumpless برای انتخاب بین حالت مد بهره برداری دستی/اتوماتیک فراهم شده است. وقتی خروجی برد Auto/Man بیشتر از 5%(در ابتدا)است یک فرمان باز کردن به(LAE10AA101 )ارسال می شود وقتی که خروجی کمتر از 3%(در ابتدا)باشد یک فرمان بستن به MV A/M , فرستاده خواهد شد.

یاتاقان ها چگونه کار می کنند؟

آیا تا به حال، چگو نگی کارکرد وسایلی مانند چرخهای اسکیت یا موتور های الکتر یکی که به نرمی و با سرعت می چرخند شما را متعجب ساخته است ؟علت را می توان در کلمه ی کوچک و ساده ی یاتاقان (bearing)  یافت. یاتاقانها ممکن است در ابزارهایی که ما همه روزه از انها استفاده می کنیم وجود داشته باشند بدون یاتاقان، می بایست پیوسته اجزایی را که تحت اصطکا ک خراب می شوند عوض کرد.  

دراین مقاله می آموزیم که یاتاقان ها چگونه کار می کنند و به برخی از انواع یاتاقان ها گذری اجمالی خواهیم داشت .  

مفاهیم اولیه:

مفاهیم مربوط به یاتاقانها ساده می باشند چرخهای ماشین شما مانند یک یاتاقا ن بزرگ عمل می کنند. اگر شما چیزی مانند اسکیت را بجای چرخهای اتومبیل تان مورد استفاده قرار دهید، اتومبیل تان به سختی خوا هد توانست از یک سرازیری به پایین جاده حرکت کند. زیرا وقتی که اشیاء می لغزند اصطکاک بین آنهاباعث ایجاد نیرویی می شود که تمایل به کاهش سرعت آن شئ دارد، اما اگر دو سطح بتوانند نسبت به هم بغلتند اصطکاک به مقدار چشم گیری کاهش می یابد.

 یک یاتاقان ساده شبیه چیزی است که در چرخ اسکیت یافت می شود . 

                      

یاتاقانها بوسیله ی لایه های فلزی داخلی وخارجی ونیز غلتک یا ساچمه ها ی فلزی صیقلی که نسبت به هم می غلتند ،اصطکاک را کاهش می دهند. این غلتک ها یا ساچمه ها با تحمل بار وارده اجازه می دهند که وسیله بطور یکنواخت وبه نرمی بچرخد .  

بارگذاری یاتاقانها:  

یاتاقانها عموما به دو شکل بارگذاری می شوند، شعاعی (radial force) و محوری (force trust ) با توجه به جایی که یاتاقان در آنجا بکار می رود ممکن است تمام بار شعاعی یا محوری یا ترکیبی از هر دو باشد.

                   

 یاتاقان هایی که متصل به شفت موتور و قرقره می باشند و تحت تاثیر بارهای شعاعی قرار دارند

یاتاقانهای بکار رفته در موتور الکتریکی وقرقره در تصویر فوق تنها تحت تاثیربارهای شعاعی قرار دارند. بیشترین بارها از نیروی کشش تسمه مرتبط کننده ی در قرقره بوجود می آید.

یاتاقان بکاررفته در این صندلی تحت تاثیربار محوری می با شد. 

یاتاقان نشان داده شده در شکل فوق ، مانند یاتاقانها ی بکار رفته در تکیه گاه ها عمل می کند . این یاتاقان تحت تاثیر نیروهای محوری خا لص می باشد .وتمام بار ناشی از نیروی وزن شخصی می باشد که به روی صندلی نشسته است .

یاتاقانها ی بکار رفته در چرخ یک ماشین که تحت تاثیربارهای محوری وشعاعی می باشند . 

یاتاقان فوق مانند یاتاقانی که در رینگ (توپی) چرخ ماشین شما قرار دارد، عمل می کند . این یاتاقانها هم متحمل بار محوری می شوند و هم متحمل بار شعاعی. بار شعاعی ناشی از وزن ماشین می باشد وبار محوری ناشی از نیروهای جانبی است که وقتی شما در پیچ جاده دور می زنید به آن اعمال می شود.  

انواع یاتاقانها: 

گونه های بسیار زیاد ی از یاتاقانها وجود دارد که هریک برای هدفی خاص بکار می روند . برخی از آنها عبارتنداز:  

یاتاقان ساچمه ای (بلبرینگ) 

یاتاقان غلتکی(رولر برنیگ ) 

یاتاقان طولی- سا چمه ای 

یاتاقان محوری - ساچمه ای 

یاتاقان غلتکی محوری 

یاتاقان غلتکی- مخروطی 

حال تک تک  به بررسی این یاتاقان ها می پردازیم. 

یاتاقان های ساچمه ای :  

                                               

                                               نیم برشی از یاتاقان ساچمه ای

یاتاقانهای ساچمه ای (آنچه در شکل نشان داده شده است)احتمالا رایج ترین نوع یاتاقان می باشند .آنها در هر چیز از اسکیت گرفته تا وسایل سنگین بکاررفته اند .این یاتاقانها هم بارهای محوری وهم بارهای شعاعی را تحمل می کنند .واغلب در جاهایی بکار می روند که بار نسبتا کوچک است . 

دریک یاتاقان ساچمه ای بار از جداره بیرونی به ساچمه ها منتقل می شود واز آنجا نیز یه جداره ی درونی انتقال می یابد. این ساچمه ها به علت کروی بودن در نقاط کوچکی با دیواره ها ی درونی وبیرونی تماس دارند که باعث می شوند به نرمی بچرخند .اما این موضوع سبب می شود که سطح کوچکی از بار را تحمل کند، بنابر این اگر باراضافه بر یاتاقان وارد شود ساچمه ها دچار تغییر شکل یا لهشدگی می شوند که آنهم باعث خرابی یاتاقان خواهد شد.

یاتاقانهای غلتکی : 

                                                

                                                                 نیم برشی از یک یاتاقان غلتکی

یاتاقانهای غلتکی - آنچه که در شکل بالا نشان داده شده است - در جاها یی مانند غلتک تسمه ی نقاله که باید بارها ی سنگین شعاعی را تحمل کنند به کار می روند.دراین یاتاقانها ، غلتک ها استوانه ای هستند بنابراین سطح تماس جداره ی داخلی و خارجی باغلتک ها یک نقطه نیست، بلکه یک خط است . این توزیع باربر یک سطح گسترده تر به یاتاقانهای اجازه می دهد که بار بیشتری را نسبت به یاتاقانهای ساچمه ای تحمل کنند درحالیکه این نوع از یاتاقانها بارهای محوری را تحمل نمی کنند.

با اندکی تغییر، در این یاتاقانها واستفاده از غلتک های با شعاع بسیار کوچک یاتاقان سوزنی حاصل می شود . در این حالت یاتاقان در محلهایی کیپ قرار می گیرد (م : برای جلوگیر ی از نفوذ مایعات و...)

یاتاقانهای محوری -ساچمه ای: 

                                               

                                                                   یاتاقان محوری - ساچمه ای

آنچه که در شکل بالا نشان داده شده است - عموما برای کارهای با سرعت پایین مورد استفاده قرار می گیرند و نمی توانند بارهای شعاعی زیادی تحمل کنند . در صندلی های چرخان ومیزهای دایره ای شکل (با پایه وسط )از این یاتاقانها استفاده می شود.

یاتاقانهای محوری - غلتکی: 

                                    

                                                                     یاتاقان محوری -غلتکی

یاتاقانهای محوری - غلتکی ( شبیه آنچه در شکل بالا نشان داده شده است ) می توانند بارهای محوری زیادی را تحمل کنند.

آنها اغلب در جعبه دنده ها ، مانند سیستم انتقال قدرت اتومبیل و در بین چرخ دنده ها و نیز بین محفظه شفت های دوار بکار می روند . چرخ دنده های حلزونی که در اغلب سیستم های انتقال قدرت بکار می روند دارای دندانه های زاویه دار می باشند که باعث ایجاد بارهای محوری می شود واین بارها را یاتاقانها تحمل می کنند .

یاتاقانهای غلتکی -مخروطی: 

                                        

          نیم برش (شکل چپ)یک یاتاقان غلتکی با غلتکهای کره ای و (شکل سمت راست)یک یاتاقان مخروطی - غلتکی 

یاتاقانهای غلتکی مخروطی می توانند بارهای بزرگ شعاعی ومحوری را تحمل نمایند .

این یاتاقان هادر رینگ (توپی)چرخ بکار می رود. در این حالت آنها همیشه بصورت دوتا دوتا ودر سوی مخالف هم نصب می شوند. تا بتوانند بارهای محوری را در هردو جهت تحمل کنند .

برخی استفاده های جالب توجه یاتاقان ها :  

دراین قسمت برخی از یاتاقانها با استفاده های جالب توجه معرفی می شوند مانند یاتاقانهای مغناطیسی ویاتاقانهای غلتکی عظیم .

یاتاقانهای مغناطیسی: 

                                             

در برخی از وسایل با سرعت بالا مانند سیستم های ذخیره انرژی چرخ لنگر پیشرفته از یاتاقانهای مغناطیسی استفاده می شود این یاتاقانها به چرخ لنگر اجازه می دهند تا در یک میدان مغناطیسی که بوسیله یاتاقان ایجاد می شود شناور بماند . برخی از این چرخ لنگرها با سرعتی بیش از 50000 دور بر دقیقه می چرخد . یاتاقانهای معمولی با غلتک یا ساچمه ممکن است در این سرعت ذوب یا منفجر شوند . یاتاقانهای مغناطیسی هیچ حرکت اجزائی ندارند وبه این علت می توانند این سرعت باور نکردنی را تحمل کنند .

یاتاقانهای غلتکی عظیم : 

احتمالا اولین استفاده از یاتاقانها در گذشته به هنگام ساختن اهرام ثلاثه مصر باشد . آنهابه منظور غلتاندن سنگ های عظیم به محل ساختمان ها، کنده های گردی را در زیر این سنگ ها قرار می دادند. این روش ممکن است امروزه نیز به منظور جابه جایی اشیاء سنگین بکار گرفته شود .

ساختمانهای ضد زلزله :

فرودگاه جدید سا نفرانسیسکو از بسیاری از تکنولوژیهای پیشرفته ساختمان سازی به منظور مقاومت ساختمانهایش در برابر زلزله استفاده کرده است . یکی از این تکنولوژی ها، استفاده از یاتاقانهای غلتکی عظیم می باشد .

267ستون هر کدام سوار بر بلبرینگ های ساچمه ای با قطر 5 فوت ( 1.5 متر) که وزن ساختمان های فرودگاه را تحمل می کنند . ساچمه ها در مکانهای مقعری که به زمین متصل است ساکن می باشند . در یک زمین لرزه، زمین می تواند 20 اینج (51 سانتیمتر )در تمام جهات حرکت داشته باشد . ستون هایی که بر روی این ساچمه ها قراردارند کمتر از این مقدار حرکت می کنند واین باعث می شود ساختمان از حرکت زمین در امان بماند . وقتی زمین لرزه شدید باشد جاذبه ستون ها را به مکان خود باز می گرداند.

بررسی حلقه های کنترلی بویلروکنترل بویلر نیروگاه ( بخش ۲)

کنترل جریان آب تغذیه IP :

این حلقه جریان آب تغذیه درامIP را معادل با جریان بخار IP خروجی از بویلر حفظ میکند . هنگامی سطح آب در درام ثابت نگه داشته میشود که بیشتر یک رنج نامحدود بخار خواسته شود .

شرح کنترل:

سه ترانسمیتر (HAA20CL001/CL002/CL003) سطح درام IP را اندازه گیری میکنند .
سیگنال باینری برای تولید آلارم (L ,H بر اساس setting list ) عمل میکند . سه سیگنال سطح درام IP بطور جدا گانه ارسال میشود .
یکی از دو سیگنال عمل کننده سیگنال های سطح بر اساس حالت های زیر بکار برده میشود .
(1 سه سیگنال چک میشود آیا در محدود 4-20 ma است .
(2اگر همه سیگنال ها در محدوده هستند، متوسط آنها محاسبه خواهد شد .
سیگنال های آلارم با مقدار متوسط مقایسه میشود اگر اختلاف بیشتر از 2% است سیگنال مربوطه رد خواهد بود و سیگنال عمل کننده a/m از سیگنال های دیگ بکار برده میشود . اگر هر سه سیگنال قابل قبول است , متوسط آنها محاسبه شده و سطح درام IP در نظر گرفته میشود (2 از 3) که نشان داده شده و ثبت میشود .
(3اگر یک سیگنال خارج از رنج باشد یک آلارم ظاهر خواهد شد و متوسط سیگنال های دیگر در نظر گرفته شده و نتیجه حاصل میشود .
(4 اما اگر دو سیگنال یا بیشتر رد شود سپس حلقه به حالت دستی رفته و یک آلارم ظاهر میشود .
(5سیگنال باینری عمل کننده (LSH2,LSH1 )سیگنال نتیجه را برای لاجیک مراحل راه اندازی ارسال می کند.
دو مد برای کنترل سطح درام وجود دارد، مد تک المانی و مد سه المانی در مد تک المانی سطح درام با مقدار Set Point مقایسه می شود سپس سیگنال خطا در کنترلر PID بکار گرفته می شودو خروجی کنترلر (4-20mA )به کنترل در انتخاب شده برای تعیین موقعیت صحیح ارسال می شود و تغییرات سیستم کنترل می شود.
در مد سه المانی جریان آب تغذیه و جریان بخار اندازه گیری می شود که در کنترل سطح درام موثر هستند.جریان بخار سوپر هیتر IP بوسیله یک ترانسمیتر اندازه گیری می شود(LBA20CF001 )سیگنال جریان بخار بوسیله سیگنال فشار و دمای بخار تصحیح می شود سیگنال دما نتیجه یک از دو سیگنال (LBA20CT001/CT002 )و سیگنال فشار بوسیله (LAB20CP001 )اندازه گیری می شود.
سیگنال های دما و فشار در یک Function Generator , F(X,Y) بکار گرفته می شود و خروجی F.G از طریق ضرب کننده بر جریان بخار موثر است.خروجی ضرب کننده در جریان بخار سهیم است که نشان داده شده و ثبت می شود.سیگنال با نیری عمل کننده FSTL برای مرحله لاجیک راه اندازی ارسال می شود .سیگنال ارسالی در مد سه المانی بر اساس سیگنال Feed Forward از طریق یک جمع کننده اثر خواهد کرد که خروجی کنترلر اصلی بر اساس ورودی دیگر دریافت می شودهر سیگنال دما نمایش داده شده و ثبت می شود .همچنین سیگنال نتیجه (1از2) نشان داده شده و ثبت می شود و آلارمهای بالای پایین بر اساس Setting List تعریف می شود.بعلاوه جریان بخار Pegging به سیگنال جریان بخار IP اضافه می شود .جریان بخار Pegging بوسیله( LBA21CF001 ) اندازه گیری می شود و بوسیله فشار و دمای بخار سوپر هیتر IP جبران می شود.( LBA20CP001 )نتیجه (1از2) (LBA20CT001/CT002 )از حلقه کنترل( سطح تانک دی اریتور)تذکر آنکه بخار Pegging فقط هنگامی استفاده می شود که سوخت مصرفی GTگازوئیل است و هیتر آب تغذیه بای پس است.
جریان آب تغذیه بوسیله LAB20CF001) )اندازه گیری شده و سیگنال بوسیله دمای آب تغذیه(LAB20CT001) از طریق ضرب کننده تصحیح می شود . سیگنال های جریان ارسال شده اندازه گیری و ثبت می شود و نهایتا در دومین کنترل بکار گرفته می شود.(Salve Controller) . Set Point کنترلرSalve خروجی جمع کننده Feed Forward است.کنترلر اصلی و Slave از نوع PID هستند.
تذکر: فقط هنگامی که HRSG بصورت سرد راه اندازی می شود جریان اّب IP ری سیر کوله کمتر از جریان آب تغذیه خواهد بود . جریان IP ری سیر کوله بوسیله (LAB21 CF001 ) اندازه گیری میشود و سیگنال مربوطه نشان داده و ثبت میشود سیگنال دمای آب تغذیه نمایش داده شده و ثبت می شود .  

ابتدا در مد سه المانی موارد زیر تعریف میشود
1)وقتی جریان بخار بیشتر از 20% افزایش می یابد حلقه به مد سه المانی می رود .
2)وقتی جریان بخار کمتر از 15% شود حلقه به تک المانی میرود .
( LAB20AA012 , LAB20AA011 ) کنترل ولوهایی هستند که یکی از آنها بوسیله اپراتور انتخاب می شود می تواند 100% ظرفیت را تامین کند .
Set Point در حالت دستی مقداری است که بوسیله اپراتور بر اساس دستورالعملهای بهره برداری تهیه شده تنظیم می شود .
Set Point راه اندازی مقداری است که بصورت اتوماتیک وقتی که فشار درام HP کمتر از53.2bar است انتخاب می شود .
یک سوئیچ bump less برای انتخاب بین مد های تک و سه المانی فراهم شده است .
یک سوئیچ bump less برای انتخاب بین Set Point دستی و راه اندازی فراهم شده است .
یک سوئیچ bump less برای انتخاب بهره برداری در حالت دستی / اتوماتیک فراهم شده است .
یک سوئیچ bump less برای انتخاب CV1 و CV2 فراهم شده است .

تذکر : میدانید که پارامتر های ( KP , Ti , Td) برای کنترل PID اصلی در مد سه المانی و کنترلر PID در تک المانی یکسان نخواهد بود . بنابر این کنترلر PID اختلاف،برای اهداف فوق در نظر گرفته خواهد شد.

کنترل جریان آب کندانیست به دی اریتور :

این حلقه جریان ورودی آب کندانیست به دی اریتور را معادل با جریان خروجی از دی اریتور حفظ میکند، هنگامی سطح کندانیست در دی اریتور ثابت نگهداشته میشود که بیشتر یک رنج نامحدود بخار خواسته میشود ( در خواست آب تغذیه IP , HP )

شرح کنترل:

وقتی که جریان آب تغذیه IP/HP افزایش می یابد سطح آب تانک در دی اریتور کاهش می یابد و بر عکس
سه ترانسمیتر (HAD10CLOO1/CL002/CLOO3 ) سطح تانک دی اریتور را اندازه گیری میکند . سیگنال های باینری برای تولید آلارم ها استفاده میشود .( H وL بر اساس( Setting List )سه سیگنال سطح بطور جداکانه عمل میکند . 2 از 3 سیگنال عمل کننده،سه سیگنال سطح بشرح زیر بکار برده میشود .
(1 سه سیگنال چک می شود. آیا در رنج هستند (4-20 ma )
(2اگر همه سیگنالها در محدوده هستند، پس مقدار متوسط آنها محاسبه می شود
سیگنال های سطح با مقدار متوسط مقایسه میشود. اگر اختلاف بیشتر از 2% است سیگنال مربوطه رد خواهد شد و سیگنال عمل کننده a/m از سیگنالهای دیگر بکار برده خواهد شد . اگر هر سه سیگنال قابل قبول باشد متوسط آنها محاسبه شده سطح تانک در نظر گرفته میشود( 2از 3 ) که نمایش داده میشود و ثبت میشود .
(3اگر یک سیگنال اختلاف دارد یک آلارم ظاهر خواهد شد و متوسط سیگنالهای دیگر برای سیگنال نتیجه در نظر گرفته میشود .
(4اما اگر دو سیگنال یا بیشتر رد شود سپس حلقه کنترل به حالت دستی رفته و یک آلارم ظاهر خواهد شد .
سیگنال باینری عمل کننده (LSH1 ) برای مرحله لاجیک راه اندازی HRSG ارسال میشود .
دو مد برای کنترل سطح تانک وجود دارد تک المانی و سه المانی
در تک المانی سطح تانک دی اریتور با مقدار Set Point مقایسه شده و سپس سیگنال خطا در کنترلر PID و خروجی کنترلر (4-20ma ) برای تعیین موقعیت موقعیت درست کنترل ولو انتخاب شده برای کنترل مقادیر فرآیند ارسال میشود .
در مد سه المانی سیگنال های جریان آب تغذیه HP و LP ( این سیگنال ها از حلقه های کنترل درام HP و IP گرفته میشود ) جریان آب تغذیه دی اریتور و جریان بخار Pegging در سیستم کنترل سطح تانک دی اریتور سهیم است . کلیه سیگنالهای جریان آب تغذیه HP و IP مانند سیگنال Feed Forward از طریق یک جمع کننده استفاده میشود .
جریان آب تغذیه دی اریتور بوسیله (LAB/0CF001/CF002 ) اندازه گیری میشود و همه سیگنالها بوسیله دمای آب تغذیه دی اریتور ( LAB/0CT001 ) از طریق دو ضرب کننده اختلاف تصحیح میشود سیگنال ارسالی نمایش داده شده و ثبت میشود .
سپس یکی از دو سیگنال عمل کننده از سیگنالهای جریان آب تغذیه استفاده میشود و نتیجه نمایش داده شده و ثبت میشود . در نهایت اولین کنترلر بکار گرفته میشود (کنترلرSlave ) که Set Point مربوطه از خروجی یک جمع کننده می آید که سیگنالهای جریان آب HP و IP و خروجی ها کنترلر اصلی ( کنترلرهای اصلی و Slave از نوع PID هستند) Feed Forward را محاسبه میکنند .
بعلاوه جریان بخار Pegging با سیگنال جریان آب تغذیه جمع میشود . جریان بخار Pegging بوسیله (LBA21CF001 )اندازه گیری میشود و بوسیله فشار و دمای بخار سوپر هیتر IP جبران میشود .     (LBA20CP001 ) (نتیجه یکی از دو سیگنال (LBA20CT001/CT002 )از حلقه کنترل سطح درام IP ) سیگنال ارسالی جریان بخارPegging نمایش داده شده و ثبت می شود.دمای آب تغذیه دی اریتور (LAB10CT001) نشان داده شده و ثبت می ود.
توضیح اینکه بخار Pegging فقط هنگامی استفاده می شود که C.T از سوخت مایع استفاده می کند و هیتر آب تغذیه بای پس است .

رابطه فیزیک هسته ای با جوشکاری

تاریخچه جوشکاری

آثار باقیمانده از گذشته های بسیار دور نشانگر این واقعیت است که انسان های اولیه با استفاده از اصول فیزیکـی که امـروزه اساس جوشکـاری مدرن را تشکیـل می دهد قطعـات فلزی را بـه یکدیگر متصل می کردند. تجزیه و تحلیل ابزارهای کشف شده از قرون اولیه نشان می دهد که برای اتصال دو قطعه فلزی به یکدیگر ، لبه های گداخته شده این قطعات را روی یکدیگر قرار داده و با ضربات چکش بهم متصل می کردند.

مهمترین اصول فیزیکی که سنگ زیربنای متدهای معمولی جوشکاری در قرن حاضر را تشکیل می دهد در اواخر قرن نوزدهم کشف و ابداع شده و به تدریج در صنعت مورد استفاده قرار گرفت. در سال 1887 یکی از دانشمندان روسی بنام Bernadas  اختراع متدی را به ثبت رساند که به وسیله آن قادر بود تا یک قطعه فلزی را با الکترود ذغالی به صورت موضعی با ایجاد قوس الکتریکی بین قطعه و الکترود ذوب نماید.

در ایـن زمان نامبــرده دو قطعه فلزی را در فاصله معینی از یکدیگر قرار داده و با استفاده از پدیده فـوق الذکر و حرکت الکترود ذغالی در طول شکاف بین دو قطعه و وارد نمودن همزمان میله ای فلزی از جنس قطعه در داخل قوس الکتریکی ، حمام مذابی به وجود آورد که بعد از منجمد شدن شکاف موجود را پر نموده و باعث به هم پیوستن این قطعات گردید.

چند سال بعد یعنی در سال 1891 دانشمند دیگر روسی بنام Slavjaniv  روش الکترود ذوب شونده را اختراع نمود. در این روش به جای الکترود ذغالی از یک الکترود فلزی استفاده شده که همزمان وظیفه فلز پرکننده را نیز به عهده داشت.

در روش الکترود ذوب شونده ذوب حاصل از الکترود فلزی در فاصله بین نوک الکترود و شکاف دو قطعه در معرض هوا قرار می گرفت که این امر باعث اکسیده شدن مذاب و در نتیجه در جوش ایجاد اشکال می کرد. از طرف دیگر قوس الکتریکی نیز ناپایدار بود که خود به خود غیر یکنواختی جوش را به دنبال داشت.

برای برطرف نمودن این عیوب در سال 1905 یک صنعتگر سوئدی بنامOscar  Kjellberg   الکترود فلزی پوشش دار را اختراع نمود. پوشش این الکترود را مخلوطی از مواد معدنی مختلف تشکیل می داد که قادر بود با تولید گاز و ایجاد سرباره ، مذاب حاصل از ذوب الکترود را در مقابل آثار نامطلوب تماس با هوا محافظت نماید. علاوه بر این ، پوشش الکترود باعث پایداری قوس الکتریکی و یکنواخت شدن جوش می گردید.

با اختراع الکترود پوشش دار ، صنعت این امکان را یافت تا جوش هایی با استحکام معادل فلز پایه بوجود آورد. اولین قایق ده متری تعمیراتی که تمام اتصالات آن توسط جوشکاری انجام شده بود در سال 1918 بـه آب انداختـه شد. از اواخر دهـه 1930 که احداث پل ها و خطوط راه آهن و نیز ساخت کشتی های اقیانوس پیما و غیره با روش جوش دادن قطعات به یکدیگر با سرعت آغاز گردید تا بهامروز که انسان به ساختن فضا پیما ، آسمان خراش ، نیروگاه هسته ای ، میکروپروسسور و غیره مشغولاست هنوز جوشکاری از روش های بسیار مهم اتصال محسوب می شود. فرآیندهای جوشکاری نه تنهابرای اتصال فلزات همجنس بلکه در موارد خاص با رعایت نکات تکنیکی و متالورژیکی ویژه برای اتصالفلزات غیر همجنس (مس-آلومینیوم) ، فلز به غیر فلز (سرامیک به فلز) و حتی غیر فلز به غیر فلز  (سرامیک به سرامیک) نیز استفاده می شود. علاوه بر کاربرد جوشکاری در اتصالات دائم کاربردهای دیگری نیز در صنعت معمول است (نظیر بازسازی عیوب قطعات ریختگی یا ماشین کاری شده ، بازسازی قطعات فرسوده و مستهلک شده و ایجاد موضوع جوش با خواص ویژه در فرآیند ساخت بعضی از قطعات صنعتی) که هر کدام جایگاه ویژه ای داشته و ضمن اینکه اهمیت آنها کمتر از کاربرد اصلی اتصال آن نیست.

تاکنون فرایندهای مختلف جوشکاری در دنیا ابداع شده که هر کدام کاربرد ویژه و نقاط ضعف و قوت خود را دارند. بعنوان مثال فرایند جوشکاری پتکی یا آهنگری (Forge Welding ) هنگامی که انسان اولیه با آتش و فلز آشنا شد متوجه شد که می توان دو قطعه فلزی بصورت سرد یا گداخته روی هم قرار داده و در اثر کوبیدن موجب اتصال آنها شود یا فرایند جوشکاری اصطکاکی تلاطمی ( Stir Friction Welding) که عمر کوتاهی دارد و هنوز مراحل ابتدایی کاربردی آن مطرح است و یا فرایندهای پیشرفته دیگری که مراحل آزمایشگاهی را طی می کند و نیز فرایند جوشکاری ابداع شده که ورق به ضخامت 600 میلیمتر را با یک پاس بدون پخ سازی جوش می دهد و در مقابل فرایندی که عملیات جوشکاری را باید در زیر میکروسکوپ انجام داد و محل جوش را نمی توان با چشم غیر مسلح دید. یکی از تلاشهای متخصصین ابداع فرایندهای جوشکاری با کمترین هزینه و بیشترین سرعت و خواص کاملا" مشابه قطعه اصلی است.

بطور خلاصه می توان روشهای جوشکاری را به شرح زیر تقسیم بندی نمود:

                                                           جوشکاری

  جوشکاری ذوبی

 جوشکاری فشاری

 نقطه جوش

 جوشکاری اصطکاکی

 جوشکاری نواری و...

جوشکاری ذوبی

 جوشکاری با اشعه لیزر

 جوشکاری با اشعه الکترونی

 جوشکاری با اکسی استیلن

 جوشکاری قوس الکتریکی 

                                                    جوشکاری قوس الکتریکی

 جوشکاری قوسی زیر پودری

 جوشکاری قوسی الکتریکی باگاز محافظ

 جوشکاری قوسی با الکترود دستی 

                                            جوشکاری قوسی الکتریکی با گاز محافظ

 جوشکاری پلاسما

 TIG

 MIG/MAG

 مفتول مغزی الکترود اکثرا" از فولاد ساده کم کربن و با کمترین ناخالصیها و در بعضی موارد از فولادهای آلیاژی و یا فلزات و آلیاژهای غیر آهنی نظیر آلومینیوم، مس و نیکل ساخته می شود. ترکیب شیمیایی مفتول مغزی و خواص مکانیکی آن در قابلیت تولید الکترود و خواص جوش بطور مستقیم و غیر مستقیم موثر است.

پوشش الکترود علاوه بر محافظت نوک الکترود گداخته و قطرات ناشی از ذوب مفتول مغزی و حوضچه مذاب از اکسید شدن، وظایف دیگری نظیر کمک به پایداری قوس، تصفیه یا جذب ناخالصیهای مذاب، کنترل ترکیبات شیمیایی جوش، شکل دادن به گرده جوش و راحت جدا شدن سرباره پس از انجماد را نیز بعهده دارد. مواد مختلفی در فرمولاسیون پوشش الکترودها بکار می رود تا این وظایف بخوبی انجام شود. ترکیبات این مواد در انواع الکترودها متفاوت بوده و در نتیجه الکترود با کاربردهای مختلف تولید می شود. بخش عمده مواد تشکیل دهنده پوشش الکترود از مواد معدنی هستند که کیفیت آنها تاثیر زیادی در کیفیت عملی و خواص جوش دارد. بطور مثال ناخالصی در حد 01/0 درصد از یک عنصر خاص در یک ماده معدنی که برای خیلی از کاربردها قابل صرف نظر کردن است، در پوشش الکتـرود می تواند در خواص مهندسی جوش تاثیر سو، بجا گذارد.

با توجه به نکات بسیار مختصر اشاره شده در فوق اهمیت و حساسیت تولید الکترود با کیفیت مناسب برای کاربردهای خاص روشن می شود. کیفیت جوش تنها به کیفیت الکترود مصرفی بستگی ندارد بلکه علاوه بر انتخاب صحیح الکترود باید نکات ظریف و تکمیلی خاصی را در نظر گرفت. اکثرا" تصور می شود اگر جنس قطعه جوشکاری مشخص باشد انتخاب الکترود آسان بوده و الکترودی که با ترکیب شیمیایی قطعه نزدیک می باشد بهترین انتخاب است. یا الکترودی که صرفا" بتواند کمترین پاشش را داشته و سرباره آن راحت تر جدا شود و جوش خوبی نیز داشته باشد انتخاب مناسب است. در هر حال انتخاب صحیح الکترود نیاز به جمع آوری اطلاعات بیشتر، از شرایط کاری جوش و امکانات موجود در واحد صنعتی دارد که فعلا" از حوصله این بحث خارج است.

متاسفانه موارد زیادی از عدم رعایت دستورالعمل های سازنده الکترود در خصوص چگونگی نگهداری و مصرف صحیح الکترود در صنعت مشاهده می شود. در این رابطه می توان به نگهداری طولانی الکترود در انبار، شرایط نامناسب حمل و نقل، انبارداری در شرایط مرطوب و در نتیجه فاسد شدن و صدمه دیدن روکش الکترود اشاره کرد که جملگی تاثیرات نامطلوب در کیفیت جوش بجا می گذارد. در مورد مواد مصرفی در فرایندهای دیگر جوشکاری مانند جوشکاری زیر پودری و غیره، بنوعی کلیه مسائل اشاره شده در فوق، می بایستی رعایت گردد.

معمولا"سازنده های معتبر مواد مصرفی جوشکاری بخش تحقیق و توسعه و کنترل کیفیت فعال در کنار کارخانه خود دارند که علاوه بر کنترل مواد مصرفی ورودی به کارخانه نظیر مفتول،مواد آلیاژی، انواع مواد معدنی، چسب و غیره بر فرایند تولید نیز نظارت و کنترل دقیق دارند و معیارهای تعریف شده و قابل پذیرش برای هر نوع مواد مصرفی جوشکاری را مطابق استانداردهای معتبر جهانی رعایت می کنند. ضمن اینکه در نوآوری ها، بهبود کیفیت مواد مصرفی و خواص جوش و نیز پایین آوردن قیمت و بالا بردن راندمان تولید فعال هستند

بررسی حلقه های کنترلی بویلروکنترل بویلر نیروگاه ( بخش ۱)

کنترل جریان آب تغذیه HP

هدف:
این حلقه جریان آب تغذیه به درام، HP معادل با جریان بخار HP خروجی از بویلر را حفظ میکند هنگامی سطح درام ثابت نگهداشته میشود که بیشتر یک رنج نامحدود بخار خواسته شود.
تغییرات بخار خواسته شده موجب تغییرات جریان آب تغذیه و در نتیجه افزایش و کاهش سطح درام است، سطح آب درام وقتیکه جریان بخار افزایش می یابد کاهش می یابد و بر عکس، افزایش ناگهانی در بخار خواسته شده موجب کاهش فشار درام و افزایش دمای بدنه درام موجب افزایش موقتی سطح درام بواسطه افزایش حجم حباب های بخار میشود اما مقدار واقعی آب داخل درام تغییر نمیکند. همینطور کاهش ناگهانی در بخار خواسته شده موجب افزایش فشار درام و کاهش دمای بدنه موجب کاهش موقتی سطح درام بواسطه کاهش حجم حباب های بخار میشود اما مقدار واقعی آب داخل درام تغییر نمی کند . بنابراین انبساط و انقباض سطح آب، هنگامی که مقدار واقعی سطح درام تغییر نمی کند، اتفاق می افتد .
شرح کنترل:

ترانسمیتر (HAD30CL001/CL002-CL01) سطح درام HP را اندازه میگیرند. همانطور که میدانید آب داخل درام در فاز اشباع است و برای هر مقدار دانسیته معادل وجود دارد. سیگنال سطح درام بوسیله فشار درام از طریق FUNCTION GENERATOR ارسال میشود. بنابراین دو ترانسمیتر (HAD30CP001/CP002) فشار درام HP را اندازه گیری میکند .
یکی از دو سیگنال عمل کننده برای سیگنال های فشار درام مانند حالتهای زیر بکار برده میشود .

دو سیگنال چک خواهد شد . آیا در رنج mA 20-4 هستند .
اگرهر دو سیگنال در رنج a/m است . سپس اختلاف مطلق آنها محاسبه خواهد شد و با مقدار ثابت (20%) مقایسه خواهد شد اگر انحراف زیاد نبود سپس متوسط دو سیگنال محاسبه خواهد شد و نتیجه نهایی در نظر گرفته میشود .
اگر یکی از آنها در رنج نبود دیگری انتخاب خواهد شد و یک آلارم ظاهر خواهد شد .
اگرهر دو سیگنال در رنج هستند اما اختلاف آنها بالاست، سپس آنکه بزرگتر است انتخاب خواهد شد و آلارم ظاهر خواهد شد .
اگر هر دو سیگنال خارج از رنج بودند سپس حلقه به حالت دستی رفته و آلارم ظاهر خواهد شد .
هر سیگنال نشان داده شده و ثبت میشود. همچنین سیگنال آلارم بالا بر اساس هر setting list تعریف میشود .
سیگنال باینری بعدی شامل (PSH1 , PSH2 , PSH3 ,PSH4) برای مراحل لا جیک راه اندازی توقف HRSG ارسال میگردد .
سه سیگنال سطح بوسیله نتیجه سیگنال فشار از طریق سه ضرب کننده اختلاف ارسال میشود و سپس سه سیگنال سطح ارسال شده نمایش داده شده و ثبت خواهد شد .
2 از 3 سیگنال عمل کننده برای ارسال سه سیگنال سطح درام مانند حالتهای زیر بار میرود
a) سه سیگنال با هم چک میشوند در رنج میباشند (4-20ma)
b) اگر همه آنها در رنج هستند , سپس متوسط آنها محاسبه میشود .
c)سه سیگنال ارسال شده با مقدار متوسط مقایسه خواهد شد . اگر اختلاف بزرگتر از 2% است سیگنال ارسال شده رد خواهد شد و سیگنال a/m برای سیگنال های بعدی بکار گرفته خواهد شد . اگر همه سه سیگنال قابل قبول باشد سپس متوسط آنها محاسبه شده و سطح درام hp ( 2 از 3 ) ارسال خواهد شد که نشان داده شده و ثبت خواهد شد .
d)اگر یک سیگنال خارج از محدوده باشد،یک آلارم ظاهر خواهد شد و متوسط سیگنال های دیگر برای نتیجه در نظر گرفته میشود .
e) اگر دو سیگنال یا بیشتر رد شود،سپس حلقه به حالت دستی رفته و آلارم ظاهر خواهد شد .
f) هر سیگنال ارسال شده نمایش داده شده و ثبت میشود .
g) سیگنال نتیجه همچنین نمایش داده شده و ثبت میشود .
h) سیگنال های باینری شامل (LSH1 , LSH2 ) سیگنال نتیجه را برای مراحل لاجیک راه اندازی HRSG ارسال میکنند .  

دو مد برای کنترل سطح درام وجود دارد : تک المانی و سه المانی
در تک المانی سطح درام ارسال شده با Set Point مقایسه می شود و سپس سیگنال خطا در یک کنترل PID استفاده شد خروجی کنترلر (4-20mA )به کنترل والو انتخاب شده برای وضعیت درست و کنترل مقادیر فرآیند ارسال می شود.در مد سه المانی جریان آب تغذیه و جریان بخار اندازه گیری شده ارسال می شود و در کنترل سطح درام سهیم خواهد بود.جریان بخار سوپر هیتر HP بوسیله دو ترانسمتر اندازه گیری می شود (LAB30CF001/CF002 ) هر دو سیگنال جریان بخار بوسیله سیگنال فشار و دمای بخار تصحیح خواهد شد.سیگنال دما نتیجه یک از دو (LAC30CT001/CT002) از حلقه کنترل دمای بخار سوپر هیتر و سیگنال فشار بوسیله LAB30CP001 اندازه گیری می شود می دانید که PT روی خط بخار HP قبل از MR Stop Valve قرار دارد .وقتی که PT بخارHP دچار اختلال است فشار درام HP برای اطمینان بیشتر مانند یک مقدار نامناسب در نظر گرفته می شود .
فشار بخار HP ( LAB30CP001 )نشان داده شده و ثبت می شود و سیگنال آلارم بالا بر اساس Setting/IST تعریف می شود .
سیگنال فشار دما در یک F.G بکار برده می شود و خروجی F.G از طریق دو ضرب کننده اختلاف بر جریان بخار اثر خواهد کرد. خروجی افزاینده ارسال شده از جریان بخار نشان داده شده و ثبت می شود یکی از دو سیگنال ارسال شده از سیگنالهای جریان بخار بکار گرفته شده و نتیجه آن نشان داده شده و ثبت می شود.سیگنال نتیجه مد سه المانی بر اساس یک سیگنال Feed Forward از طریق یک جمع کننده اثر خواهد کرد که خروجی کنترل اصلی Master بر اساس ورودی های دیگر دریافت می شود .
سیگنال باینری شامل (FSH) برای مراحل لاجیک راه اندازی HRSG ارسال می شود .
جریان آب تغذیه HP بوسیله (LAB30CF001/CF002) انذازه گیری می شود .و همه سیگنالها بوسیله دمای آب تغذیهHP( LAB30CT001) از طریق ضرب کننده اختلاف تصحیح می شود سیگنالهای جریان ارسال شده نمایش داده شد و ثبت می شود.یکی از دو سیگنال عمل کننده برای سیگنال های جریان آب تغذیه HP بکار برده می شود و سیگنال نتیجه نمایش داده شده و ثبت می شود و نهایتا در دومین کنترل بکار گرفته می شود .Slave Controller که خروجی جمع کننده Feed Forward بر اساس Set point دریافت می شود.
بعلاوه جریان ری سیرکوله HP از سیگنال جریان آب تغذیه HP استنتجاج می شود.
آب سیر کوله HP بوسیله ( LAB31CF001) اندازه گیری می شود و سیگنال مربوطه بویسله سیگنال دمای خروجی اکونومایزر HP که از حلقه TC آب تغذیه خروجی اکونومایزر HP میاید ارسال می شود .سیگنال ارسال شده جریان نمایش داده می شود و ثبت می شود (تذکر :فقط در طول راه اندازی سرد HRSG. ری سیر کوله HP در مدار خواهد بود ) .
کنترلر های Slave و اصلی از نوع PID هستند.
در ابتدا برای مد سه المانی مراتب ذیل تعریف می شود.
A)وقتی جریان بخار بیشتر از 20%افزایش می یابد حلقه به مد سه المانی می رود.
B )وقتی جریان بخار 15%کاهش می یابدحلقه به مد تک المانی می رود.
(LAB30AA011/AA012) هر یک کنترل والو های 100%ظرفیت هستند و یکی از آنها بوسیله اپراتور انتخاب می شود وقتی که خروجی های برد Auto/MAN بالای 5%(در ابتدا) است یک فرمان بسته شدن مختص به والو موتوری ارسال می شود وقتی که خروجی زیر 3%(در ابتدا) است یک فرمان بسته شدن ارسال خواهد شد.
مقدارSet Point دستی بوسیله اپراتور بر اساس دستورالعمل بهره برداری سازنده تنظیم می شود .
مقدار Set Point راه اندازی وقتی که فشار درام کمتر از 53Bar باشد بطور اتوماتیک انتخاب می شود .
یک سوئیچ Bum less برای انتخاب بین مد های تک المانی و سه المانی فراهم شده است.
یک سوئیچBump less برای انتخاب بین set Point حالت دستی و راه اندازی فراهم شده است.
یک سوئیچ Bump less برای انتخاب مد بهره برداری دستی/ اتوماتیک فراهم شده است.
یک سوئیچ Bump less برای انتخاب بین CV1 و CV2فراهم شده است.
توجه: پارامترهای (KP ,Ti, Td برای کنترلر PID اصلی مد سه المانی و کنترلر PID تک المانی یکسان خواهد بود از اینرو دو کنترلر PID اختلاف برای اهداف ذکر شده فوق در نظر گرفته می شود.

کوئنچ کردن

روش اجرای سیکلهای عملیات حرارتی و چگونگی رساندن دمای فولاد به دمای آستنیته کردن، یک کار تجربی است. با توجه به تنوع تکنیک‌های عملیات حرارتی و تجهیزات مصرفی در کارگاه‌ها و تفاوت‌هایی که در ابعاد، فرم و جرم قطعه کار وجود دارد، نمی‌توان یک دستورالعمل مشخص برای اجرای سیکل عملیات حرارتی تدوین نمود. مسئولین کارگاه عملیات حرارتی باید دستورالعملهای کلی ارائه شده از طرف شرکت‌های فولادسازی را با قابلیت‌ها و محدودیت‌های تجهیزاتشان تلفیق کرده و یک روش اجرایی برای هر قطعه‌ای طرح کنند. در این مورد باید نکات زیر را با دقت مورد توجه قرار داد:

· زمان حرارت‌دهی قطعه کار باید به اندازه کافی طولانی باشد تا بتوان اطمینان یافت که همه نقاط آن به دمای سختکاری رسیده‌اند و عناصر آلیاژی و کاربایدها در زمینه فولاد حل شده‌اند.

· در صورتی که حرارت اعمالی به قطعه کار، بیش از حد دمایی مطلوب باشد و یا قطعه کار برای مدت طولانی‌تری در این دما نگهداری شود، دانه‌های فولاد بیش از حد رشد می‌کنند و ممکن است پس از کوئنچ مقداری آستنیت در ساختار فولاد باقی بماند.

· اگر دمای قطعه کار تا حد قابل توجهی پایین‌تر از حد دمایی مطلوب برای سختکاری باشد، سخت شدن اتفاق نمی‌افتد. در صورتی که دمای قطعه کار بالاتر بوده، ولی هنوز هم از دمای مطلوب سختکاری پایین‌تر باشد، قطعه‌کار به طور غیر یکنواخت می‌شود. به طوری که سطح آن سخت شده و داخل قطعه کاملا سخت نخواهد شد. در این شرایط ممکن است پس از کوئنچ، قطعه کار ترک بخورد.


کوئنچ کردن

کوئنچ کردن (Quenching) عبارت است سرد کردن سریع فولاد از دمای سختکاری (آستنیته شدن) تا دمای محیط یا دمای خاص دیگری، کوئنچ کردن را می‌توان به روشهای مختلفی انجام داد، مثلا فرو بردن فولاد گرم شده در روغن، آب، آب نمک (Brine) هوای آرام و حمام نمک (Salt bath) این بستگی به نوع فولاد دارد.

کوئنچ کردن فولادهای ابزار و قالب، بحرانی‌ترین مرحله در عملیات حرارتی آنها محسوب می‌شود. سختی و خواص فیزیکی فولاد در سیکل کوئنچ کردن به وجود می‌آید. سرعت سرد کردن فولادهای ابزار به هنگام کوئنچ به میزان عناصر آلیاژی مربوط است و می‌توان این سرعت را با انتخاب محیط کوئنچ یعنی آب، روغن یا هوا کنترل کرد.

فولادهای سخت شونده در آب عناصر آلیاژی اندکی دارند (یا اصلا ندارند) ولی میزان عناصر آلیاژی در فولادهای سخت شونده در روغن بیشتر است. فولادهای سخت شونده در هوا نیز جزو فولادهای پر آلیاژ محسوب می‌شوند.

چند نکته مفید در عملیات کوئنچ فولادهای ابزار و قالب، در زیر آورده شده است:

· تا قبل از این که قطعه کار برای مدت کافی در دمای سختکاری نگهداشته شده باشد آن را کوئنچ نکنید.
· پس از کامل شدن سیکل کوئنچ، بلافاصله عملیات تمپرینگ را آغاز کنید.
· قطعه کار پس از کوئنچ نباید به مدت طولانی در دمای محیط نگهداشته شود و باید هر چه سریع‌تر تمپرینگ آن را انجام داد.
· سعی کنید که عملیات کوئنچ برای قطعات یک محموله تولیدی، یکسان اجرا شود و
· قطعات طویل و نازک را به صورت عمودی کوئنچ کنید تا خمش، کمانی شدن و پیچش آنها به حداقل برسد.


کوئنچ کردن در آب

توصیه می‌شود به جای آب خالص، از آب نمک برای کوئنچ استفاده شود. دلیل این پیشنهاد این است که به هنگام کوئنچ قطعه فولادی خیلی داغ در آبع بخار ایجاد شده در مجاورت سطوح قطعه کار، یک مانع عایق ایجاد کرده و از انتقال حرارت مطلوب جلوگیری می‌کند، مخصوصا در گوشه‌های تیز داخلی، رزوه‌ها، سوراخ‌های ته بسته و دیگر فرم‌های مشابه. در نتیجه بعضی نقاط در قطعه کار نرم باقی می‌مانند (Soft spots) و این کوئنچ اختلافی باعث ایجاد تنش در قطعه کار شده و اعوجاج و/ یا ترک را در آن به وجود خواهد آورد.

افزودن نمک (حداکثر 10% حجمی) به آب، فرایند کوئنچ فولاد را تسهیل می‌کند، زیرا کریستالهای نمک که بر روی سطح قطعه کار رسوب می‌کنند، به شدت منفجر می‌شوند. این انفجار کریستالها باعث به هم خوردن شدید مایع شده و از ایجاد سد بخار در حوالی قطعه کار در حال کوئنچ جلوگیری خواهد کرد. تلاطم مایع همچنین باعث دور شدن پوسته‌های ناشی از عملیات حرارتی از سطح قطعه کار و ادامه یکنواخت عملیات کوئنچ می‌گردد. بنابراین استفاده از آب نمک باعث سرد شدن یکنواخت قطعه کار خواهد شد.


کوئنچ کردن در روغن

رعایت نکات زیر می‌تواند در عملیات کوئنچ فولاد در روغن مفید باشد:

· با توجه به این که کوئنچ فولاد داغ در روغن ممکن است خطر آتش‌سوزی داشته باشد، لازم است برای این کار از روغن با نقطه اشتعال لحظه‌ای (Flash point) بالا استفاده شود.
· سرعت سرد شدن قطعه کار به هنگام کوئنچ شدن در روغن، آهسته‌تر از آب یا آب نمک است. بنابراین میزان تنشهای پس ماند در قطعه کار نیز پایین‌تر خواهد بود.
· برای کوئنچ کردن هر 1 lb فولاد در یک ساعت، تقریبا 1 galروغن مورد نیاز است. (تقریبا 8.4 L برای هر کیلوگرم) مثلا اگر 1000 lb (45 kg) فولاد در هر ساعت کوئنچ شود، احتیاج به یک مخزن روغن به گنجایش 100 gal (378 L) مورد نیاز خواهد بود.
· دمای روغن باید در حدود 90-1300F(32-540C) نگهداشته شود تا عملیات کوئنچ به صورت مناسب انجام شود و
· روغن درون مخزن باید هم زده شود تا سرعت سرد شدن قطعه کار در آن یکنواخت باشد.

علل خوردگی در سیکل آب و بخار ( بخش ۴ )

بخار دارای‌ عوامل‌ (پارامترهای‌) بالا وبسیار بالا در رابطه‌ با اکسیدهای‌ آهن‌ همیشه‌محلول‌ اشباع‌ شده‌، است‌ و ته‌ نشین‌ شدن‌اکسیدهای‌ آهن‌ از محلول‌ بخار از مراحل‌ اول‌توربین‌ شروع‌ می‌شود. با توجه‌ به‌ کاهش‌بسیار آهسته‌ قابلیت‌ حل‌ شوندگی‌ اکسیدهای‌آهن‌، عمل‌ تجزیه‌ باید بر حسب‌ کاهش‌عوامل‌ آنها ناحیه‌ قابل‌ ملاحظه‌ای‌ از قسمت‌ محوری‌ (پره‌های‌) توربین‌ را در برگیرد. دررابطه‌ با Na2So4 و Na2Sio3 موجود در بخار، عوامل‌ اولیه‌ قاعدتا باید محلول‌ اشباع‌ شده‌ ودر رابطه‌ با NaCl محلول‌ اشباع‌ نشده‌، باشد.بنابراین‌ Na2So4 و Na2Sio3 باید زودتر ازNaCl تجزیه‌ شوند. با توجه‌ به‌ کاهش‌ سریع‌قابلیت‌ حل‌شوندگی‌ املاح‌ سدیم‌، عمل‌تجزیه‌ آنها و تبدیل‌ شدن‌ به‌ فاز جامدبرحسب‌ افت‌ عوامل‌ بخار باید در قسمت‌محدودی‌ از توربین‌ گسترش‌ یابد.
اسید سیلیسیک‌ آزاد در بخار سوپرهیت‌دچار تغییراتی‌ می‌شود و به‌ صورت‌ کوارتزکریستالیک‌ و اسید سیلیسیک‌ بی‌ شکل‌(آمورف‌) نیز وجود دارد و تجزیه‌ فاز جامدکوارتز زودتر از نوع‌ بی‌ شکل‌ شروع‌ می‌شود. در روسوبات‌ حاصل‌ در قسمت‌ محوری‌(پره‌های‌) توربینهای‌ فشارقوی‌ تمام‌ ناخالصیهای‌ موجود در بخار سوپرهیت‌مشاهده‌ می‌شود. درصد نسبی‌ رسوبات‌ باقابلیت‌ حل‌ شوندگی‌ آنها در بخار سوپرهیت‌مطابقت‌ دارد. به‌ عنوان‌ مثال‌ رسوبات‌ قسمت‌فشارقوی‌ توربین‌ معمولا حدود 20 تا 50درصد، املاح‌ سدیم‌ و 40 تا 70 درصد، اکسید آهن‌ و مس‌ است‌.
در قسمت‌ فشار ضعیف‌ توربین‌ 40 تا 80 درصد اسید سیلیسیک‌ آزاد و حدود 10 تا 12 درصد اکسید آهن‌ مشاهده‌ می‌شود.طی‌ آنالیز شیمیایی‌ رسوبات‌ می‌توان‌ مقدارسیلیکاتها، کربناتها و کلریدها را معلوم‌ کرد.مقدار ترکیبات‌ کلسیم‌ و منیزیم‌ داخل‌رسوبات‌، زیاد نبوده‌ و معمولا کمتر از پنج‌ درصد است‌. در نزدیکی‌ انتهای‌ توربین‌،میزان‌ درصد هماتیت‌ داخل‌ رسوبات‌ و میزان‌کل‌ رسوب‌ افزایش‌ می‌یابد. همچنین‌ امکان‌وجود انواع‌ کمپلکسهای‌ پیچیده‌ و مگنتیت‌ نیزوجود دارد. با ظاهر شدن‌ رسوبات‌ بر روی‌پره‌های‌ توربین‌، زبرشدن‌ سطوح‌ آنها، افزایش‌ می‌یابد. در نتیجه‌ نشست‌ غیر یکنواخت‌ رسوبات‌ در سطح‌ هر پره‌ و در مراحل‌ (Stage)جداگانه‌، پروفیل‌ کانالهاتغییر می‌کند و عمل‌ تقسیم‌ مجدد افتهای‌حرارتی‌ مراحل‌، صورت‌ می‌گیرد. رسوباتی‌ که‌در قسمت‌ محوری‌ توربینها به‌ وجود می‌آیند،قاعدتا منجر به‌ توقف‌ دستگاههای‌ مزبور نمی‌شود، اما تاثیر مهمی‌ بر کارکرد اقتصادی‌ آن‌ دارد. در شرایط تجمع‌ رسوبات‌،ضریب‌ عملکرد مفید نسبی‌ داخلی‌ توربین‌ کاهش‌ می‌یابد. در توربینهای‌ به‌ قدرت ‌300 مگاوات‌ در شرایط تجمع‌ رسوبات‌ به‌مقدار یک‌ کیلوگرم‌ ضریب‌ عملکرد مفید 5/0 تا یک‌ درصد کاهش‌ داشته‌ است‌.
در نتیجه‌ تجمع‌ رسوبات‌، افزایش‌ فشاردر مراحل‌ توربین‌، در مقایسه‌ با ارقام‌محاسباتی‌، حاصل‌ می‌شود. برای‌ این‌ که‌فشارهای‌ مجاز در مراحل‌ توربین‌ از حد تعیین‌ شده‌ بیشتر نشود باید بخار عبوری‌از توربین‌ را کاهش‌ داد و به‌ این‌ ترتیب‌ قدرت‌توربین‌ را تنظیم‌ کرد. با توجه‌ به‌ این‌ که‌ مقاطع‌عبوری‌ در قسمت‌ محوری‌ (پره‌ها) محفظه‌فشار قوی‌ توربین‌ بزرگ‌ نیست‌ در شرایطعوامل‌ مافوق‌ بحرانی‌ بخار، افزایش‌ قابل‌ ملاحظه‌ فشار در مراحل‌ توربین‌ در موقع‌پیدایش‌ رسوبات‌ کم‌ و ناچیز نیز
مشاهده‌ می‌شود.
رسوباتی‌ که‌ بر روی‌ سطوح‌ حرارتی‌ تولیدبخار به‌ وجود می‌آیند از نظر ترکیب‌ شیمیایی‌و فازی‌ و همچنین‌ ساختار خود کاملامتفاوتند.اکثر رسوبات‌، دارای‌ قابلیت‌ کم‌ هدایت‌ گرماهستند و کم‌ و بیش‌ به‌ طرز محکمی‌ به‌ سطح‌فلز می‌چسبند. در صورتی‌ که‌ تجمع‌ رسوبات‌بر روی‌ جداره‌ لوله‌ها به‌ چند صدم‌ میلیمتربرسد دمای‌ جداره‌ از حد مجاز (برای‌ فولاد کربنیزه‌، حد مجاز 500 درجه‌ سانتیگراد است‌)بالاتر رفته‌ و این‌ امر موجب‌ کاهش‌ استحکام‌آن‌ و تشدید روند خوردگی‌ می‌شود.
پس‌ از مدتی‌ قسمتهای‌ سوپر هیت‌ فلزتحت‌ تاثیر فشار ماده‌ سیال‌ تغییر شکل‌ داده‌ وجداره‌ لوله‌ در این‌ قسمتها نازک‌ شده‌ وسرانجام‌ پاره‌ می‌شود. منشاء ایجاد رسوبات‌ناشی‌ از کلسیم‌ و منیزیم‌، نفوذ آب‌ خنک‌ کننده‌به‌ داخل‌ کندانسور و سایر مبدلهای‌ حرارتی‌، خرابی‌ دستگاههای‌ اصلی‌ تولید آب‌ بدون‌ یون‌ و یا تصفیه‌ آب‌ کندانسه‌ است‌.
همان‌ طور که‌ توضیح‌ داده‌ شد وجوداکسیدهای‌ آهن‌ بر روی‌ سطوح‌ داخلی‌مولدهای‌ بخار از یک‌ طرف‌ در نتیجه‌روندهای‌ خوردگی‌ فلز بویلر است‌ که‌ به‌ طورمداوم‌ ولی‌ در رابطه‌ با شرایط متغیر با سرعت‌مختلف‌ جریان‌ دارند و از طرف‌ دیگر پدیدارشدن‌ آنها در روند تشکیل‌ رسوب‌ می‌تواند ناشی‌ از اکسیدهای‌ آهن‌ که‌ به‌ صورت‌ محلول‌یا محلول‌ کلوئیدی‌ در آب‌ بویلر وجود دارند،باشد.
در موقع‌ بروز این‌ گونه‌ حوادث‌ باید دیگ‌ بخار به‌ صورت‌ اضطراری‌ متوقف‌ وتعمیر شود. معایب‌ خوردگی‌ فلز در محیطکاری‌ نیز مضاف‌ بر خرابیهای‌ فوق‌ است‌ برای‌توقف‌ خنک‌ کردن‌ و رفع‌ عیب‌ قسمت‌ معیوب‌،انجام‌ تعمیرات‌ و راه‌ اندازی‌ مجدد دیگ‌ بخارنیاز به‌ دقت‌ قابل‌ ملاحظه‌ای‌ دارد. هر قدر که‌قدرت‌ تولیدی‌ واحد بیشتر باشد به‌ همان‌نسبت‌ توقف‌ خارج‌ از برنامه‌ای‌ آن‌ زیان‌اقتصادی‌ بیشتری‌ را در بر دارد. برای‌ این‌ که‌ از توقفهای‌ اضطراری‌ دیگهای‌ بخار بنا به‌دلایل‌ فوق‌ جلوگیری‌ شود، بدیهی‌ است‌شرایطی‌ را باید به‌ وجود آورد که‌ باعث‌جلوگیری‌ از تشکیل‌ رسوبات‌ و نیز خوردگی‌فلزات‌ شود.
طی‌ مطالعات‌ و تحقیقات‌، مشخص‌ شده‌ است‌ که‌ آب‌ در شرایط حرارتهای‌ بیش‌ از230 درجه‌ سانتیگراد، آهن‌ را اکسید می‌کنداما در شرایط مناسب‌ طی‌ واکنشهایی‌ پوسته‌حفاظتی‌ مانینیت‌ Fe3O4 را تشکیل‌می‌دهد. طبق‌ تئوری‌ الکترونی‌ یونی‌ روندرشد پوسته‌ مگنتیت‌ را به‌ عنوان‌ نتیجه‌عملکرد عنصر مختص‌ به‌ خود مورد بررسی‌قرار می‌دهند که‌ سطح‌ فلز در مرز پوسته‌ آندبوده‌ و سطح‌ پوسته‌ در مرز آب‌ کاتد است‌.پوسته‌ اکسید که‌ دارای‌ قابلیت‌ هدایت‌الکترونی‌ و یونی‌ است‌ نقش‌ مدار داخلی‌ وخارجی‌ سلول‌ بسته‌ را انجام‌ می‌دهد. اتمهای‌آهن‌ که‌ به‌ وسیله‌ حرارت‌، فعال‌ شده‌اند درلایه‌ بین‌ قسمت‌ فلز و اکسید، پراکنده‌ می‌شوند. روند آندیک‌ در این‌ مرز،جریان‌ می‌یابد و یونهای‌ تشکیل‌ شده‌ آهن‌ ازطریق‌ قسمتهای‌ آزاد شبکه‌ کریستالی‌ اکسیددر سطح‌ قسمت‌ اکسید آب‌، پراکنده‌ می‌شوند.در این‌ سطح‌ یونهای‌ آهن‌ با یونهای‌هیدرواکسید موجود در آب‌ و طبق‌ این‌ معادله‌، متقابلا عمل‌ می‌کنند: الکترونهای‌ جابه‌ جا شده‌ در مرز قسمت‌اکسید آب‌ باعث‌ به‌ وجود آمدن‌ قسمت‌ یونهای‌ هیدروژن‌ موجود در آب‌ و در نتیجه ‌تشکیل‌ هیدروژن‌ اتمی‌ می‌شوند. هیدروژن‌مزبور ضمن‌ این‌ که‌ قسمتی‌ از آن‌ تحت‌ترکیب‌ مجدد با تشکیل‌ هیدروژن‌ مولکولی‌قرار می‌گیرد از طریق‌ اکسید در فلز پخش‌ می‌شود.
در مرز قسمت‌ اکسید - فلز تعادل‌ بین‌هیدروژن‌ حل‌ شده‌ در فلز و هیدروژن‌ جذب‌ شده‌ سطحی‌ در پوسته‌ اکسید برقرار می‌شود. به‌ دلیل‌ این‌ که‌ جذب‌ در پوسته‌تشکیل‌ شده‌ مگنتیت‌ مشکل‌ است‌، لذا با گذشت‌ زمان‌ سرعت‌ اکسیداسیون‌ آهن‌ به‌ وسیله‌ آب‌ و سپس‌ سرعت‌ رشد پوسته‌کاهش‌ می‌یابد. در شرایطی‌ که‌ در تمام‌سطوح‌ فلز، پوسته‌ مکنتیت‌ تشکیل‌ و حفظشود، تاثیر خوردگی‌ آب‌ با دمای‌ زیاد بر روی ‌فولاد کربنیزه‌ عملا قطع‌ می‌شود. به‌ این‌ترتیب‌ مجموع‌ خوردگی‌ فولاد، تحت‌ تاثیر آب‌با دمای‌ زیاد بدون‌ اتلاف‌ قابل‌ ملاحظه‌ فلز وعبور اکسیدهای‌ آهن‌ به‌ محیط کاری‌ جریان‌می‌یابد و هیدروژنهای‌ آزاد شده‌ از دیگ‌ بخارهمراه‌ با بخار، وارد محیط کاری‌ می‌شود. مقدارهیدروژن‌ آزاد شده‌، مقاومت‌ و استحکام‌پوسته‌های‌ حفاظتی‌ مگنتیت‌ رادر سطوح ‌دیگ‌ بخار آغشته‌ به‌ آب‌ مشخص‌ می‌کند.
صدمه‌ دیدن‌ و تخریب‌ پوسته‌های‌مگنتیت‌، شرایط جریان‌ یافتن‌ خوردگی ‌موضعی‌ فلز بویلر را به‌ وجود می‌آورد که‌ تحت‌ تاثیر عوامل‌ خارجی‌ به‌ ویژه‌ دما،ترکیب‌ و غلظت‌ آب‌ بویلر، تنشهای‌ حرارتی‌ ومکانیکی‌ موجب‌ بروز انواع‌ خوردگی‌ می‌شود.بارهای‌ زیاد حرارتی‌ محلی‌ که‌ در شرایط نامطلوب‌ سوخت‌ مصرفی‌ به‌ وجود می‌آیند درایجاد رسوبهای‌ اکسید آهن&z  

 

نویسنده : بابک محیط  

__________________

علل خوردگی در سیکل آب و بخار ( بخش ۳ )

تجهیزات‌ اصلی‌ و کمکی‌ نیروگاههای‌حرارتی‌ نه‌ تنها در زمان‌ بهره‌ برداری‌ بلکه‌ درمدت‌ توقف‌ نیز تحت‌ تاثیر عوامل‌ خورنده‌قرار گرفته‌ و آسیب‌ می‌بیند. این‌ توقفها از یک‌ روز تا چند ماه‌ متغیر است‌. وقتی‌ که‌بویلرها تحت‌ تعمیرات‌ اساسی‌ و جاری‌ قرار دارند و یا در حالت‌ سرد یا گرم‌ هستنددمای‌ فلز به‌ طرز مشهودی‌ کاهش‌ می‌یابد وتاثیر عوامل‌ خوردگی‌ تغییر می‌کند. مثلا اگر درمسیر لوله‌ بخار و در شرایط معمولی‌ بهره‌برداری‌،سطوح‌ فلز با بخار تماس‌ پیدا کندو تحت‌ خوردگی‌ عوامل‌ گازی‌ قرار گیرد، درزمان‌ تعمیرات‌ دوره‌ای‌ و اساسی‌ که‌ بعضی‌ ازتجهیزات‌ بازشده‌ و بازدید قسمتهای‌ مختلف‌انجام‌ می‌شود سطوح‌ داخلی‌ دستگاهها بااکسیژن‌ تماس‌ پیدا می‌کنند و باعث‌ صدمه‌ دیدن‌ آب‌ بندی‌ آنها می‌شود و درمواقعی‌ که‌ تخلیه‌ تجهیزات‌ از آب‌ نیز صورت‌ می‌گیرد، خشک‌ کردن‌ سطوح‌ داخلی‌چنین‌ سیستمهای‌ پیچیده‌ و گسترده‌ لوله‌ها (مسیر آب‌ و بخار) عملا غیر ممکن‌ است‌.هنگام‌ توقف‌ واحد، روند خنک‌ کردن‌تجهیزات‌ معمولا همراه‌ با کندانسه‌ شدن‌ بخار باقی ‌مانده‌، انجام‌ می‌شود که‌ در نتیجه‌ سطوح‌داخلی‌ فلز و از جمله‌ لوله‌های‌ مسیر بخار ازلایه‌ای‌ رطوبت‌ پوشیده‌ می‌شود. همچنین‌نقاطی‌ وجود دارد که‌ امکان‌ تخلیه‌ آب‌ آنها نیست‌ مانند خمیدگی‌ تحتانی‌ لوله‌های‌مارپیچی‌ قسمت‌ فوقانی‌ سوپرهیترها. اکسیژن‌ هوا از طریق‌ رطوبت‌، پراکنده‌ شده‌ وضمن‌ ایفای‌ نقش‌ پلاریزاتور کاتدیک‌عملکرد واکنش‌ خوردگی‌ بر روی‌ سطوح‌ فلزی ‌را آسان‌ می‌کند که‌ در نتیجه‌ آن‌، امکان‌ به‌ جریان‌ افتادن‌ روند خوردگی‌ الکتروشیمیایی‌ حاصل‌ می‌شود.
سطوح‌ تمیز فولادهای‌ کربنی‌ یا کم‌ عیار،اغلب‌ به‌ طور یکسان‌ خورده‌ می‌شود. زمانی‌که‌ سطوح‌ این‌ نوع‌ فولادها آلوده‌ به‌ رسوبات‌است‌ خوردگی‌ به‌ صورت‌ موضعی‌ باایجاد حفره‌جریان‌ می‌یابد. فراورده‌های‌ ثانویه‌ حاصل‌ ازخوردگی‌ در حال‌ توقف‌، مرکب‌ از اکسیدهای‌آهن‌ نظیر Fe(OH)3 ,Fe3O4 وFe2O3 است‌ که‌ در موقع‌ کار بعدی‌ تجهیزات‌ در آب‌فاقد اکسیژن‌ محلول‌ ممکن‌ است‌ نقش‌دپلاریزاتور داشته‌ باشند و خوردگی‌ موضعی‌ راتشدید کنند. تخریب‌ موضعی‌ فلز نیز خود ازمراکز تراکم‌ تنشهای‌ مکانیکی‌ است‌، در موقع‌راه‌ اندازی‌ نیز تراکم‌ فراورده‌های‌ خوردگی‌ درآب‌ تغذیه‌ بویلر موجب‌ صدماتی‌ به‌ قسمت‌توربین‌ می‌شود. لذا در زمان‌ توقف‌ باید ازروشهای‌ مناسب‌ حفاظت‌ و نگهداری‌،
استفاده‌ کرد. از روشهای‌ مطمئن‌ حفاظت‌ ونگهداری‌ توربین‌ استفاده‌ از گاز ازت‌ و هوای‌گرم‌ و مواد جاذب‌ رطوبت‌ است‌ تا از کندانسه‌شدن‌ بخار بر روی‌ پره‌های‌ توربین‌ وروندهای‌ خوردگی‌ الکتروشیمیایی‌ جلوگیری ‌شود. هر یک‌ از روشهای‌ گفته‌ شده‌ دارای‌دستورالعملهای‌ خاص‌ خود است‌. از جمله‌ موادمانع‌ شونده‌ که‌ برای‌ حفاظت‌ و نگهداری‌واحدهای‌ مولد بخار که‌ برای‌ مدت‌ نامعلومی‌متوقف‌ و سریعا راه‌اندازی‌ می‌شوند
بکار می‌رود و نیازی‌ به‌ تخلیه‌ مولد بخار از این‌مواد نیست‌، مخلوط آمونیاک‌ و هیدرازین‌هیدرات‌ است‌. طی‌ بررسیهایی‌، معلوم‌ شده‌است‌ که‌ در شرایط دمای‌ پایین‌ محلولهای‌آمونیاک‌ و هیدرازین‌ در صورتی‌ که‌ غلظت‌آنها از 200 میلی‌گرم‌ در لیتر بیشتر باشد تاثیرغیرفعال‌ کننده‌ بر روی‌ فلز دارند. برای‌واحدهای‌ مولد بخار فشار بالا محلول‌حفاظتی‌ با غلظت‌ 300 تا 500 میلی‌گرم‌ درلیتر هیدرازین‌ و PHحدود 5/10 الی‌ 11توصیه‌ شده‌ است‌. چون‌ فشار آب‌ و بخار درگرمکنهای‌ آب‌ تغذیه‌ بسته‌ بیشتر از فشار آنهادر چگالنده‌ است‌ و همچنین‌ لوله‌ها به‌ صورت‌خمیده‌ هستند، باید از لوله‌ هایی‌ با حداقل‌ضخامت‌ (و بیشترین‌ شماره‌ مشخصه‌) استفاده‌ کرد.
خصوصیات‌ فلز و ترکیب‌ الکترولیت‌ نظیرپایداری‌ شرایط ترمودینامیکی‌، نوع‌ ساختارآلیاژ، شرایط ترمودینامیک‌ فلز، دمای‌ محلول‌،مکانیکی‌ آن‌ در فلز از جمله‌ عوامل‌ موثر درروند خوردگی‌ است‌. خوردگی‌ ناشی‌ از حضور گازهای‌ چگالش‌ناپذیر مساله‌ای‌ است‌ که‌لوله‌های‌ گرمکن‌، به‌ ویژه‌ گرمکنهایی‌ که‌ درفشار پایین‌تر از فشار جو کار می‌کنند با آن‌ مواجه‌ هستند. این‌ گازها همچنین‌ به‌ دلیل‌پوشاندن‌ سطوح‌ خارجی‌ لوله‌ها موجب‌ کاهش‌انتقال‌ گرما در گرمکنها می‌شوند، که‌ چنین‌مساله‌ای‌ در چگالنده‌ اصلی‌ نیز وجود دارد. بااستفاده‌ از یک‌ مکانیسم‌ تخلیه‌ مناسب‌، گازهای‌ چگالش‌ناپذیر را از گرمکنها خارج‌ می‌کنند.
در شرایط وقوع‌ روندهای‌ دپلاریزاسیون‌هیدروژنی‌، فاز جامد حاصل‌ از اکسیدهای‌هیدراته‌ به‌ صورت‌ ضعیف‌ در سطح‌ فلز تحت‌ خوردگی‌ می‌چسبد و مقدار زیادی‌ نیزذرات‌ جامد نظیر Fe(OH)2 و Fe(OH)3وارد آب‌ تغذیه‌ شده‌ و همراه‌ جریان‌ آب‌ برده‌می‌شود. PH محلول‌ در سرعت‌ روندهای‌دپلاریزاسیون‌ هیدروژنی‌ واکسیژنی‌ تاثیر دارد. با افزایش‌ PH، دپلاریزاسیون‌هیدروژنی‌ کاهش‌ می‌یابد. افزایش‌ غلظت‌یون‌ -OH نیز سرعت‌ دپلاریزاسیون‌هیدروژنی‌ را کاهش‌ می‌دهد. لذا ورود یونهای‌آهن‌ از قسمت‌ آندیک‌ کاهش‌ یافته‌ و حل‌ شدن‌ فلز، کند می‌شود. با رسیدن‌ PH به‌بیش‌ از 8/8 دپلاریزاسیون‌ هیدروژنی‌ متوقف‌ می‌شود.
در شرایط 9=PH دپلاریزاسیون‌اکسیژنی‌ با سرعت‌ کمتری‌ جریان‌ می‌یابد.همچنین‌ مشاهده‌ شده‌ است‌ که‌ در محلولهای‌قلیایی‌ لایه‌ اکسیدهای‌ هیدراته‌، روی‌ فلزاستحکام‌ بیشتری‌ دارند و قابلیت‌ حل‌ شدن‌ اکسیدهای‌ هیدراته‌ آهن‌ در PH بالا (دمای‌ثابت‌) کمتر می‌شود. مجموع‌ مساحت‌قسمتهای‌ آندیک‌ در چنین‌ شرایطی‌ محدود وآندهای‌ باقی‌ مانده‌ سریعتر حل‌ می‌شوند.اکسیژن‌ حل‌ شده‌ باعث‌ تخریب‌ موضعی ‌فولاد کربنی‌ به‌ صورت‌ حفره‌ می‌شود.
در صورتی‌ که‌ اکسیژن‌ و دی‌اکسیدکربن‌همزمان‌ حضور داشته‌ باشند خوردگی‌یکپارچه‌ و محصولات‌ آن‌ به‌ راحتی‌ از سطح‌ فلز پاک‌ می‌شود همچنین‌ غلظت‌ناخالصیها در آب‌ افزایش‌ می‌یابد.
برای‌ از بین‌ بردن‌ خوردگی‌ بر اثردپلاریزاسیون‌ هیدروژنی‌ در نیروگاههای ‌حرارتی‌ جدید، از تزریق‌ آمونیاک‌ استفاده‌ می‌کنند. یونهای‌ هیدرواکسید حاصل‌از تجزیه‌ آمونیاک‌، یونهای‌ هیدروژن‌ را که‌موجب‌ تجزیه‌ هیدرواکسید آزاد شده‌اند، خنثی‌ می‌کنند. اما باید توجه‌ کرد که‌ هر قدرغلظت‌ اکسیژن‌ و آمونیاک‌ در آب‌ بیشتر باشدبه‌ همان‌ نسبت‌ خوردگی‌ آلیاژی‌ مس‌ و روی‌،سریعتر انجام‌ می‌شود (اکسیژن‌ برای‌ روی‌ ومس‌ دپلاریزاتور کاتدیک‌ است‌ و وجودآمونیاک‌ باعث‌ ایجاد کمپلکس‌ Zn (NH3)nو Cu (NH3)n و زدایش‌ روی‌ و مس‌ می‌شود. nممکن‌ است‌ به‌ عدد شش‌ هم‌ برسد) ازجمله‌ تجهیزاتی‌ که‌ برای‌ کاهش‌ غلظت‌ اکسیژن‌ در آب‌ تغذیه‌ بکار می‌رود دی‌اریتور است‌ که‌ نقش‌ هیتر را نیز ایفا می‌کند. با ورودبه‌ دی‌اریتور، افزایش‌ دمای‌ آب‌ طبق‌ قانون‌ هنری‌ Ci=K.Pi ( Ci= غلظت‌گازحلال‌ در مایع‌ و Pi= فشار جزیی‌ همان‌ گاز در بالای‌ مایع‌ و K= ضریب‌ متناسب‌ با دما)اکسیژن‌ از فاز مایع‌ که‌ غلظت‌ بیشتری‌ دارد به‌فاز گاز با فشار جزیی‌ کم‌ و غلظت‌ کمتر منتقل‌ می‌شود.
برای‌ کاهش‌ هر چه‌ بیشتر اکسیژن‌ به‌خروجی‌ از دی‌اریتور، تزریق‌ هیدرازین‌ انجام‌ می‌شود. سرعت‌ تاثیر متقابل‌ هیدرازین‌با اکسیژن‌ بستگی‌ به‌ دما و PH محلول‌ دارد.در شرایط حرارتی‌ بیش‌ از 100 درجه ‌سانتیگراد و PH بیش‌ از 7/8 ، هیدرازین‌ در 2 تا 3 ثانیه‌ با اکسیژن‌، واکنش‌ انجام‌ می‌دهد.
هیدرازین‌ با واکنش‌ شدید، اکسیدهای‌آهن‌ و مس‌ را نیز احیا می‌کند که‌ واکنشهای‌آن‌ عبارتند از:
واکنش‌ اکسید مس‌ در شرایط حرارتی‌ 65 درجه‌ سانتیگراد و واکنش‌ اکسیدآهن‌ درشرایط حرارتی‌ 120 درجه‌ سانتیگراد انجام‌ می‌شود. در دمای‌ بیش‌ از 180 درجه‌سانتیگراد نیز هیدرازین‌ تجزیه‌ می‌شود.
تجزیه‌ هیدرازین‌ در لوله‌ آب‌ تغذیه‌ شروع‌ شده‌ و در دیگ‌ بخار ادامه‌ یافته‌ و درشرایط گرم‌ کردن‌ بخار (سوپرهیت‌) خاتمه‌می‌یابد. در خروجی‌ سوپر هیتر معمولاهیدرازینی‌ در بخار مشاهده‌ نمی‌شود. ازت‌تشکیل‌ شده‌ در جریان‌ احیا همراه‌ با بخار ازدیگ‌ بخار خارج‌ می‌شود.
با توجه‌ به‌ تجزیه‌ هیدرازین‌ و تاثیرمتقابل‌ آن‌ بر ناخالصی‌های‌ موجود در
آب‌ تغذیه‌، میزان‌ تزریق‌ باید به‌ گونه‌ای‌تنظیم‌ شود که‌ مقدار هیدرازین‌ در ورودی‌ به‌اکونومایزر دیگ‌ بخار حدود 30 تا 50میکروگرم‌ در لیتر باشد. از انواع‌ هیدرازین‌موجود (هیدرازین‌ سولفات‌، هیدرات‌ وفسفات‌) هیدرازین‌ هیدرات‌ به‌ علت‌ این‌ که‌املاح‌ موجود در آب‌ را افزایش‌ نمی‌دهد بهتر از سایر انواع‌ است‌.
در صورتی‌ که‌ دمای‌ آب‌ حدود 150 تا200 درجه‌ سانتیگراد نگهداشته‌ شود نتیجه‌عمل‌ بهتر خواهد بود. همچنین‌ در زمانی‌ که‌گاز ازت‌ برای‌ نگهداری‌ استفاده‌ می‌شود بایدضمن‌ اکسیژن‌ زدایی‌ آب‌، فشار گاز ازت‌ را بیش‌ از اتمسفر نگاهداشت‌ تا از ورود هوا به‌داخل‌ سیکل‌ آب‌ و بخار جلوگیری‌ شود.
در مولدهای‌ بخار درام‌ دار فشار بالا، آب‌افزودنی‌ از نوع‌ بدون‌ یون‌ و سیلس‌ زدایی‌شده‌، است‌ لذا غلظت‌ ناخالصیهای‌ داخل‌ آب‌تغذیه‌ بویلرهای‌ فشار قوی‌، کم‌ است‌. عناصرترکیبی‌ اصلی‌ ناخالصیهای‌ محلول‌ در آب‌ این‌نوع‌ از بویلرها، کلریدها، سولفاتها، فسفاتهای‌سدیم‌ و همچنین‌ اسیدسیلیسیک‌ آزاد است‌که‌ به‌ صورت‌ مولکولهای‌ تجزیه‌ نشده‌ بوده‌ وقسمتی‌ از آن‌ نیز ممکن‌ است‌ به‌ حالت‌کلوئیدی‌ در محلول‌ موجود باشد. مواد ناشی‌ ازخوردگی‌ اکسیدهای‌ آهن‌ و مس‌ و هیدروکسیدآپاتیت‌ عمدتا به‌ صورت‌ ذرات‌ درشت‌ (لجن‌داخل‌ بویلر) و در حالت‌ پراکنده‌ در داخل‌ آب‌بویلر وجود دارد. آب‌ بویلر مولدهای‌ بخار فشارقوی‌ در شرایط رژیم‌ بدون‌ فسفات‌، فاقد فسفات‌ است‌ و در داخل‌ آب‌ بویلر علاوه‌بر کلریدها و سولفاتهای‌ سدیم‌، کلریدها وسولفاتهای‌ کلسیم‌ و منیزیم‌ و اسیدسیلیسیک‌ آزاد نیز به‌ صورت‌ محلول‌ وجود دارد. با توجه‌ به‌ نسبت‌ قابلیت‌ حل‌ شوندگی‌ ناخالصیها در بخار و یا حمل‌ توسط قطره‌، این‌ ناخالصیها به‌ قسمت‌سوپرهیت‌ نیزمنتقل‌ می‌شود از جمله‌اکسیدهای‌ آهن‌ و مس‌ و سولفات‌ سدیم‌.
بخار سوپرهیت‌ ضمن‌ عبور از قسمت‌محوری‌ (پره‌های‌ توربین‌) منبسط شده‌ وعوامل‌ آن‌ سریع‌ افت‌ می‌کند. با کاهش‌ فشار ودما، قابلیت‌ حل‌ شوندگی‌ تمام‌ املاح‌،اکسیدهای‌ آهن‌ و مس‌ و همچنین‌ اسید سیلیسیک‌ آزاد، کاهش‌ می‌یابد. برای‌ناخالصیهایی‌ که‌ در بخار با عوامل‌ اولیه‌ درحالت‌ محلول‌ اشباع‌ قرار داشته‌ باشد، حالت‌اشباع‌ مجدد و از جمله‌ شروع‌ تشکیل‌ فازجامد از محلول‌ بخار، به‌ همان‌ نسبتی‌ که ‌قابلیت‌ حل‌ شوندگی‌ آنها کمتر باشد زودترشروع‌ می‌شود. برای‌ ناخالصیهایی‌ که‌ درعوامل‌ اولیه‌ در حالت‌ محلول‌ اشباع‌ نشده‌ قرار داشته‌ باشند، حالت‌ اشباع‌، هنگامی‌شروع‌ می‌شود که‌ غلظت‌ واقعی‌ ناخالصی‌مساوی‌ با قابلیت‌ حل‌ شوندگی‌ باشد. در موقع‌افت‌ بعدی‌ عوامل‌ بخار و قابلیت‌ حل‌ شوندگی‌مواد محلول‌ بخار مجددا اشباع‌ و تجزیه‌ فازجامد از آن‌ شروع‌ می‌شود.  

 

نویسنده : بابک محیط  

نگاهی گذار به موضوع آنالیز خستگی

آنالیز خستگی

  مقدمه:

 گاهی اوقات در اثر اعمال بار تناوبی (مثلاً یک بار کشش فشار) بر روی سازه، با اینکه تنش ماکزیمم ایجاد شده بر روی سازه کمتر از تنش نهایی آن است ، اما پس از اعمال تعدادی سیکل ، بر روی سازه ترک هایی ایجاد شده که در نهایت منجر به شکست می شود. این پدیده را خستگی در اثر اعمال بار تناوبی می نامند.

  در مبحث خستگی با دیاگرام دامنه تنش بر حسب تعداد سیکل (دیاگرام S-N) آشنا   شده اید. مثلاً می دانید که در حالت High Cycle Fatigue ماده غالباً در ناحیه  الاستیک قرار دارد. اما در حالت Low Cycle Fatigue ماده وارد محدوده پلاستیک شده است.

 در نرم افزار ANSYS  برای انجام یک تحلیل خستگی تحت بار متناوب ابتدا باید تنش های ایجاد شده در سازه را تحت بارهای تناوبی تعیین کرد. بنابراین قبل از انجام هر آنالیز خستگی باید یک آنالیز استاتیکی که شامل حداقل دو بارگذاری (Load Step) میباشد را انجام دهید سپس با توجه به کانتورهای تنش (در هر بار اعمال شده) ، گره های بحرانی را ، تشخیص داده و سپس به محاسبه خستگی بر روی این گره های بحرانی بپردازید. برای انجام تحلیل خستگی پس از انجام تحلیل استاتیکی با مفاهیم زیر باید آشنا بود.

  EVENT: تعداد سیکلهایی است که بر روی سازه اتفاق می افتد.

  LOADING: بارهای اعمالی در آنالیز است که جزئی از EVENT   میباشد.

  Location: گره های بحرانی سازه است که محاسبات خستگی بر روی آنها انجام میشود و این گره ها توسط کاربر پس از محاسبه تنش و کرنش در هر بار گذاری بر روی مدل باید شناسایی شود.

 دیاگرام S-N : نمودار دامنه تنش بر حسب تعداد سیکل خستگی است که در صفحه قبل توضیح داده شد و همچنین برای فلزات مختلف از کدهای ASME قابل دستیابی است.

  دیاگرام Sn-T : در مواردی که سازه وارد ناحیه پلاستیک میشود تعریف این دیاگرام و پارامترهای الاستو – پلاستیک ضروری است.

 نرم افزار ANSYS بر اساس کد ASME Boiler & Pressure Vessel (Section III) محاسبات خستگی را انجام می دهد و حال آنکه به کاربر توصیه کرده است در صورت تمایل به استفاده از روشهای دیگر ، محاسبه عمر خستگی را بر اساس معیار مورد نظر انجام دهد. در این راستا زبان پارامتری نرم افزار و نوشتن برنامه مناسب می تواند این نیاز کاربر را به سادگی بر آورده سازد.

  محاسبه خستگی بر اساس روش ANSYS  به صورت زیر انجام می شود.

  1.مدلسازی و حل مساله با توجه به بارگذاری موجود در حل خستگی

  2.فراخوانی مدل در POST1

  3.تعیین تعداد نقاط ،   Eventو Loading برای نرم افزار

  4.تعیین خواص خستگی ماده موجود.

  5.تعیین فاکتور تمرکز تنش در صورتی که کاربر نسبت به حل اجزاء محدود و نتایج آن به علت عدم امکان ایجاد شبکه بندی مناسب اطمینان کافی ندارد.

  6.بازیابی تنش های مربوط به نقاط تعیین شده.

  7.محاسبه خستگی بر اساس روش نرم افزار و مشاهده عمر به دست آمده.

  نکته 1: به طور پیش فرض ارزیابی خستگی در نرم افزار بر اساس تعداد نقاط 5 ، تعداد Event برابر 10 و تعداد Loading در هر Event برابر 3 می باشد. کاربر می تواند در صورت نیاز مقادیر فوق را تغییر دهد.

 نکته 2: دیاگرام Sn-T ، منحنی مقادیر شدت تنش بر حسب دما می باشد. این منحنی در مواردیکه کاربر بخواهد نرم افزار بررسی کند که آیا تنش های نامی در محدوده پلاستیک می باشند یا خیر ، بایستی تعیین شود. پارامترهای مادی الاستیک – پلاستیک نیز (Strain Hardening Exponent) M , N در صورت نیاز به انجام محاسبات ساده کد برای محدوده پلاستیک نیز بایستی تعیین شوند. این پارامترها از کد ASME برای مواد در دسترس می باشد.

  نکته 3: سازه ها عموماً تحت تنش های ماکزیمم و مینیمم متعدد قرار دارند که معمولاً توزیع تنشی تصادفی داشته و کاربر از نحوه توزیع آنها اطلاع صحیح ندارد. در این راستا کاربر بایستی در تعیین تعداد تکرار تمامی محدوده های تنش دقت کند. نرم افزار ANSYS در محاسبه محدوده تنش ها و تعداد رخدادهای هر کدام از روش         Rain Flow استفاده می کند. این روش به همراه امکان ایجاد خطای محاسباتی در آن و روش جلوگیری از ایجاد خطا در  آن در فرم مثال زیر توضیح داده شده است

تست خستگی بوژی:

 این تست برای مشخص نمودن عمر وسیله نقلیه بایستی انجام شود. از دیگر خروجی های این آنالیز می توان به محدوده ضریب ایمنی و یا یافتن نقاط بحرانی که در آنالیز های استاتیکی پیشین قابل استخراج نمی باشند اشاره نمود. بنابراین این آنالیز بایستی بعد از آنالیز های استاتیکی انجام شود.در صورت وجود ادوات با دقت مناسب پیشنهاد می گردد این تست بر روی بوژی انجام شود.

آنالیز خستگی در Ansys :

  دراین آنالیز نیز مانند سایر آنالیز ها بایستی قید ها، به صورت قید های ساده اعمال شوند. علاوه بر این طبق معادلات اشاره شده در فصل تست بوژی بایستی یک نیروی سیکلیک نیز بر روی این وسیله اعمال شود. نتایج این آنالیز به صورت زیر ارائه می شود.

علل خوردگی در سیکل آب و بخار ( بخش ۲ )

رسوبات‌ اکسید آهن‌ از نظر شکل‌ ظاهری‌متفاوت‌ هستند. مانند رسوب‌ سفت‌ با سطح‌صاف‌ و هموار، زبر ناهموار و متخلخل‌ ورنگهای‌ خاکستری‌ تیره‌، قهوه‌ای‌ متمایل‌ به‌خاکستری‌، خرمایی‌ تیره‌، قهوه‌ای‌ تیره‌، مشکی‌ که‌ این‌ تفاوتهای‌ ظاهری‌، ناشی‌ ازنحوه‌ شکل‌گیری‌ رسوبات‌ است‌. مکانیسم‌نشست‌ اکسید آهن‌ بر روی‌ سطوح‌ فلزی‌ که‌
به‌ صورت‌ ذرات‌ کلوییدی‌ و درشت‌ پراکنده‌ درداخل‌ آب‌ قرار دارند، با روندهای‌ کریستالیزه‌ شدن‌ مواد محلول‌ واقعی‌ و نظر به‌کاهش‌ قابلیت‌ حل‌ شوندگی‌ آنها، با رشددرجه‌ حرارت‌ تفاوت‌ دارد.
معلوم‌ شده‌ است‌ که‌ ذرات‌ کلوئیدی‌ ومیکروسکوپی‌، ناخالصیهای‌ پراکنده‌ بر روی‌سطح‌ لوله‌های‌ تحت‌ گرما ایجاد می‌کنند وچسبیدن‌ آنها به‌ این‌ سطوح‌ بستگی‌ به‌شارژهای‌ الکتریکی‌ مختلف‌ دارد. ذرات‌اکسید آهن‌ در محیط قلیایی‌ به‌ طور کامل‌شارژ می‌شوند.
به‌ وجود آمدن‌ غلظت‌ بسیار زیادالکترونها، یعنی‌ قسمتهای‌ شارژ شده‌ منفی‌سطح‌ فلز، بستگی‌ به‌ انتقال‌ حرارت‌ دارد.
با توجه‌ به‌ این‌ که‌ تناسب‌ بین‌ فرمهای‌محلول‌ واقعی‌، کلوییدی‌ و درشت‌ پراکنده ‌اکسیدهای‌ آهن‌ در انواع‌ مولدهای‌ بخار،متفاوت‌ است‌، شکل‌گیری‌ رسوبات‌ اکسید آهن‌ به‌ تغییرات‌ درجه‌ حرارت‌ وفشارماده‌ سیال‌ و تغییرات‌ کیفیت‌ آب‌ بستگی‌ دارد.
شکل‌گیری‌ جرمهای‌ اکسید آهن‌ در هر نوع‌ بار حرارتی‌، جریان‌ دارد، ولی‌ سرعت‌این‌ روند با رشد بار حرارتی‌ به‌ شدت‌ افزایش‌ می‌یابد. در صورتی‌ که‌ مقداراکسیدهای‌ آهن‌ در ماده‌ سیال‌، بیشتر از میزان‌قابلیت‌ حلالیت‌ آنها باشد، سرعت‌ شکل‌گیری‌رسوبات‌ اکسید آهن‌ به‌ غلظت‌ آهن‌ بستگی‌پیدا می‌کند. لذا خرابی‌ لوله‌های‌ واترول‌ داخل‌مولدهای‌ بخار درام‌دار نظر به‌ تشکیل‌جرمهای‌ اکسید آهن‌ قاعدتٹ در قسمتهایی‌ که‌دارای‌ بیشترین‌ بارهای‌ حرارتی‌ موضعی‌ است‌(پایین‌ترین‌ و بالاترین‌ کمربند مشعلها) حاصل‌ می‌شود. هر قدر که‌ غلظت‌ مواد ناشی‌ از خوردگی‌ داخل‌ آب‌ تغذیه‌ بیشتر باشد وبخصوص‌ هر قدر که‌ نامساوی‌ بودن‌جریانهای‌ حرارتی‌ در سطوح‌ تشعشعی‌حرارت‌ بیشتر باشد، صدمات‌ وارده‌ بیشترخواهد بود.
رسوبات‌ مسی‌ نیز با وجود قابلیت‌ خوب‌هدایت‌ حرارتی‌ مس‌ به‌ علت‌ ساختار
خاص‌ خود و همراهی‌ با اکسیدهای‌ آهن‌ وترکیبات‌ کلسیم‌ و منیزیم‌ از هدایت‌ حرارتی‌کمی‌ برخوردارند. عامل‌ مهم‌ در شکل‌گیری‌رسوبات‌ مسی‌، تغییرات‌ بار حرارتی‌ است‌ و غلظت‌ مس‌ در شکل‌گیری‌، تاثیر چندانی‌ندارد.
به‌ منظور کاهش‌ تشکیل‌ جرمهای‌ اکسید آهن‌، مقدار مواد حاصل‌ از
خوردگی‌ آهن‌ در داخل‌ آب‌ تغذیه‌ مولدهای‌بخار، تحت‌ محدودیت‌ بسیار شدیدی‌ قرار می‌گیرد. برای‌ اجرای‌ موازین‌ مربوط به‌کیفیت‌ آب‌ تغذیه‌ از حیث‌ مواد ناشی‌ ازخوردگی‌، باید کار دستگاههای‌ هوازدایی‌ راکنترل‌ و تنظیم‌ و کیفیت‌ آب‌ تغذیه‌ را باآمونیاک‌ و هیدرازین‌ در حد مناسبی‌ کنترل‌ کرد. همچنین‌ فضای‌ بخار هیترها راگاز زدایی‌ کرد و با ایجاد لایه‌های‌
ضد زنگ‌، مخازن‌، *****ها و لوله‌ها ودی‌ایتورها راتحت‌ حفاظت‌ قرار داد، اکسیدهای‌ آهن‌ را توسط *****های‌ یونی‌ جداو تخلیه‌ و میزان‌ اکسیژن‌ محلول‌ را در حداقل‌ ممکن‌، کنترل‌ کرد.
اکسیدهای‌ آهنی‌ که‌ در آب‌ تغذیه‌ وسیکل‌ وجود دارند تحت‌ تاثیر درجه‌ حرارت‌، PH آب‌ و پتانسیل‌ اکسید و احیا کننده‌های‌سیستم‌ قرار دارند. در آب‌ تغذیه‌ و آب‌ بویلرمولدهای‌ بخار درام‌ دار، غلظت‌ اکسیدهای‌ آهن‌ معمولا از میزان‌ قابلیت‌حلالیت‌ این‌ ترکیبات‌ سخت‌ حل‌ شونده‌،بیشتر می‌شود به‌ همین‌ دلیل‌ قسمت‌ اعظم‌اکسیدهای‌ آهن‌ به‌ صورت‌ فاز جامد درمیزانهای‌ مختلف‌ پراکندگی‌ قرار دارند. ذرات‌مگنتیت‌ نسبت‌ به‌ ذرات‌ هماتیت‌ راحتتر بر روی‌ سطوح‌ حرارتی‌ چسبیده‌ و باقی‌ می‌مانند. با توجه‌ به‌ تاثیر متقابل‌هیدرازین‌ با اکسیدهای‌ آهن‌ و مس‌ و احیای‌
اکسیدهای‌ آهن‌ تا حد آهن‌ فلزی‌ که‌ ذرات‌ آن‌به‌ صورت‌ لجن‌ در حجم‌ آب‌ باقی‌ می‌ماند وقابل‌ دفع‌ توسط سیستم‌ تخلیه‌ مداوم‌ یامتناوب‌ (Blow Down) در بویلرهای‌ درام‌ دارهستند می‌توان‌ با در نظر گرفتن‌ میزان ‌هیدرازین‌ مورد نیاز برای‌ حذف‌ اکسیژن‌،مقداری‌ هیدرازین‌ مازاد برای‌ انجام ‌واکنشهای‌ احیای‌ اکسید آهن‌ و مس‌ به‌سیستم‌ افزود.
علاوه‌ بر درجه‌ حرارت‌، PH ماده‌ سیال‌نیز تاثیر زیادی‌ بر سرعت‌ واکنشهای‌ فوق‌دارد. گاز نیتروژن‌ همراه‌ با ناخالصیهای‌ فرار،هنگام‌ تخلیه‌ کندانسور و دی‌ اریتور و هیترهااز گاز، خارج‌ می‌شود. با در نظر گرفتن‌ غلظت‌مواد موجود در آب‌ تغذیه‌ بر حسب‌ میلی‌ گرم‌ در کیلوگرم‌ طبق‌ فرمول‌ زیر میزان‌ هیدرازین‌ درورودی‌ به‌ اکونامایزر را بین‌ 50 تا 100میکروگرم‌ در لیتر کنترل‌ می‌کنند:
CN2H4 = 2Co2 + 0.5CFe+ 0.5CNo2 + 0.5Ccu
هیدرازین‌ نه‌ تنها بر روی‌ آن‌ قسمت‌ ازمواد ناشی‌ از خوردگی‌ آهن‌ که‌ در حالت‌ معلق‌در آب‌ دیگ‌ قرار دارند موثر است‌، بلکه‌ بر روی‌ اکسیدهایی‌ که‌ روی‌ سطوح‌ تجهیزات‌مسیر تغذیه‌ و سطوح‌ حرارتی‌ مولد بخار نیز وجود دارند، تاثیر می‌گذارد. هر قدر که‌اکسیدهای‌ آهن‌ بر روی‌ این‌ سطوح‌ بیشترباشند به‌ همان‌ نسبت‌ تزریق‌ هیدرازین‌ نیز باید بیشتر باشد. در موقع‌ تزریق‌ هیدرازین‌ به‌داخل‌ آب‌ تغذیه‌ در صورت‌ وجود اکسیدهای‌آهن‌، خروج‌ اکسیدهای‌ آهن‌ از مسیر لوله‌های‌تغذیه‌ به‌ مولد بخار، افزایش‌ می‌یابد. لذا برای‌کاهش‌ غلظت‌ ناخالصیهای‌ حاصل‌ باید ازتخلیه‌ آب‌ درام‌ (Blow Down) استفاده‌ کرد.تخلیه‌ آب‌ بلودان‌ به‌ دو صورت‌ انجام‌ می‌شود:
1- تخلیه‌ مداوم‌، که‌ از طریق‌ تعویض‌ قسمتی‌از آب‌ داخل‌ مدار به‌ طور دایم‌ انجام‌ می‌شود.
2- تخلیه‌ متناوب‌، که‌ با تخلیه‌ قسمتی‌ از آب‌با فواصل‌ زمانی‌ صورت‌ می‌گیرد.
برای‌ زدودن‌ لجن‌ همراه‌ با آب‌ تخلیه‌(بلودان‌) از مولد بخار، علاوه‌ بر استفاده‌ از روش‌مداوم‌، روش‌ متناوب‌ نیز توسط کلکتورهای‌زیرین‌ واتروالها انجام‌ می‌شود. تعداد دفعات‌بلودان‌ متناوب‌ بستگی‌ به‌ غلظت‌ مواد ناشی‌ ازخوردگی‌ دارد. زدودن‌ ناخالصیهای‌ غیر فرارموجود در سیکل‌ آب‌ و بخار از طریق‌ بلودان‌پیوسته‌ انجام‌ می‌شود. برای‌ خارج‌ کردن‌ ذرات‌درشت‌تر و بهبود عمل‌ تخلیه‌ ناخالصیها، بهتراست‌ بلودان‌ پیوسته‌ و متناوب‌ به‌ طور تلفیقی‌انجام‌ شود.  

با توجه‌ به‌ این‌ که‌ تخلیه‌ مداوم‌ناخالصیها با فراریت‌ کم‌ از سیکل‌، همیشه‌ وبه‌ طور کامل‌، میسر نیست‌ لذا برای‌ زدودن‌رسوبات‌ قابل‌ شست‌وشو با آب‌، عمل‌شست‌وشوی‌ آبی‌ یا آبی‌ - بخاری‌ تجهیزات‌را انجام‌ می‌دهند. نظیر شست‌وشوی‌ توربین‌به‌ وسیله‌ بخار مرطوب‌ در زیر بار و برای‌زدودن‌ رسوبات‌ غیرقابل‌ شست‌وشو با آب‌ ازشست‌وشوی‌ شیمیایی‌ استفاده‌ می‌کنند.
در صورت‌ افزایش‌ تعداد دفعات‌ ذوب‌ شدن‌لوله‌های‌ واتروال‌ با نمونه‌برداری‌ و اندازه‌گیری‌میزان‌ رسوب‌، تصمیم‌ به‌ شست‌وشوی‌شیمیایی‌ مولد بخار می‌گیرند. روش‌ معمول‌شست‌وشوی‌ شیمیایی‌ به‌ صورت‌ واحد
در حال‌ توقف‌ است‌. ولی‌ روشهای‌ جدیدشست‌وشوی‌ شیمیایی‌ برای‌ واحدهای‌ در حال‌ کار نیز تهیه‌ شده‌ و در حال‌ تکمیل‌ شدن‌ است‌.
نیمی‌ از موارد حوادث‌ بویلر که‌ منجر به‌خروج‌ آن‌ از مدار می‌شود مربوط به‌ خوردگی‌سمت‌ آب‌ است‌ و رسوب‌ گذاری‌ از سمت‌ داخل‌علاوه‌ بر کاهش‌ بازده‌ بویلر باعث‌ فعال‌ شدن‌مکانیزمهای‌ مختلف‌ خوردگی‌ می‌شود. تنهاعاملی‌ که‌ سبب‌ محافظت‌ لوله‌های‌ واتروال‌ ازسمت‌ آب‌ می‌شود تشکیل‌ لایه‌ نازک‌ مگنتیت‌است‌.
توانایی‌ استفاده‌ از فولادهای‌ کربنی‌ و کم‌ آلیاژ در تماس‌ با آب‌ در دما و فشار بالا، به‌ دلیل‌ تشکیل‌ لایه‌ محافظ اکسید آهن‌است‌.
حال‌ اگر به‌ دلیل‌ رشد بیش‌ از حد و لایه‌ لایه‌ شدن‌ و بروز پدیده‌ SCC یا عوامل‌شیمیایی‌ خارج‌ از کنترل‌، نظیر تغییرات‌ PHدر خارج‌ از محدوده‌ مجاز، پوسته‌ محافظ، صدمه‌ ببیند همراه‌ با جریان‌ آب‌ تغذیه‌، واردمسیر سیکل‌ آب‌ و بخار می‌شود. رشد بیش‌ ازحد لایه‌ می‌تواند سبب‌ کاهش‌ انتقال‌ حرارت‌شده‌ و دمای‌ جداره‌ لوله‌ را بالا ببرد، اما مشکل‌جدی‌تری‌ که‌ ایجاد می‌شود افزایش‌ سایش‌ذرات‌ جامد در تجهیزات‌ بخصوص‌ توربین‌است‌. زیرا وقتی‌ که‌ اکسید محافظ، لایه‌ لایه‌می‌شود از سطح‌ لوله‌، کنده‌ شده‌ و به‌ داخل‌توربین‌ حمل‌ می‌شود. لایه‌ لایه‌ شدن‌ اکسیدها به‌ تنشهایی‌ که‌ به‌ دلیل‌ اختلاف‌ درانبساط حرارتی‌ بین‌ اکسید و فلز وجود داردنسبت‌ داده‌ می‌شود. هر چه‌ تغییرات‌ دمایی‌ سیستم‌ به‌ ویژه‌ روشن‌ و خاموش‌ کردنهای‌ آن‌بیشتر باشد، این‌ تنش‌ بیشتر شده‌ و لایه‌ لایه‌ شدن‌ اکسیدها نیز افزایش‌ می‌یابد.
لذا با توجه‌ به‌ حوادث‌ رخ‌ داده‌ و امکانات‌موجود، نمونه‌ هایی‌ از لوله‌های‌ واتروال‌، ری‌ هیتر و سوپر هیتر برای‌ آنالیز، انتخاب‌ وارسال‌ شد. این‌ نمونه‌ها به‌ روشهای‌متالوگرافی‌ با میکروسکوپ‌ نوری‌ و الکترونی‌(SEM) و آنالیز EDAX، سختی‌ سنجی‌،ضخامت‌ سنجی‌، کوانتومتری‌ و آنالیز شیمی‌ترمورد بررسی‌ قرار گرفتند. بعضی‌ از نتایج‌ برای‌تحلیل‌ شرایط لوله‌های‌ بویلر و منشا احتمالی‌اکسیدهای‌ آهن‌ استفاده‌ شد. با توجه‌ به‌ نتایج‌آزمایشها و میزان‌ رسوب‌ در واحد سطح‌ که‌mg/Cm2 60/58 اندازه‌گیری‌ شده‌ بود وتکرار حوادث‌ لوله‌های‌ واتروال‌ در بویلر واحد یک‌، تصمیم‌ به‌ اسید شویی‌ بویلر این‌واحد گرفته‌ شد.
با استناد به‌ سابقه‌ مشکل‌ در هیترهای‌فشار قوی‌ و با بررسی‌ لاگ‌ شیتهای‌ مربوط به‌درجه‌ حرارت‌ آب‌ ورودی‌ و خروجی‌ هیترها،ثابت‌ بودن‌ دمای‌ نقاط مزبور در بعضی‌ ازهیترها، احتمال‌ جدا شدن‌ و صدمه‌ دیدن ‌صفحه‌ مجزا کننده‌ ورودی‌ و خروجی‌ را تقویت‌ می‌کرد. لذا طی‌ بررسی‌ و بازدید ازتمام‌ هیترها مشخص‌ شد که‌ در بیشتر آنهاصفحات‌ جداکننده‌ یا افتاده‌ و یا پیچهای‌نگهدارنده‌ آنها دچار خوردگی‌ بسیار شدید شده‌ است‌.
با در نظر گرفتن‌ شرایط کاری‌ هیترهای‌ فشار قوی‌ و متفاوت‌ بودن‌ جنس‌ اجزای‌تشکیل‌ دهنده‌ آنها، مشخصات‌ طراحی‌هیترها مورد توجه‌ قرار گرفت‌ و لازم‌ بود دراین‌ میان‌ اثر عوامل‌ حایز اهمیتی‌ چون‌ دما،فشار، سرعت‌ سیال‌، جنس‌ تجهیزات‌، موادشیمیایی‌ تزریقی‌، کیفیت‌ شیمیایی‌ آب‌تغذیه‌، منابع‌ احتمالی‌ ورود و تشکیل‌ اکسید آهن‌ به‌ آب‌ تغذیه‌ و... به‌ طور مفصل‌مورد بررسی‌ و مطالعه‌ قرار گیرد. افت‌ فشار
آب‌ تغذیه‌ در گرمکنها به‌ دلیل‌ اصطکاک‌جریان‌ در لوله‌های‌ طویل‌ و کم‌ قطر، معمولابالاست‌. برای‌ طراحی‌ پمپهای‌ چگالش‌ و آب‌تغذیه‌ باید چنین‌ افت‌ فشارهایی‌ را محاسبه‌ کرد.  

 

نویسنده : بابک محیط  

گیره ی رباتیک جدید بر اساس تراکم مواد دانه ریز

گیره ی رباتیک جدید بر اساس تراکم مواد دانه ریز

Universal robotic gripper based on the jamming of granular material

robot hand made of coffee grounds and a balloon picks up almost anything

گروهی از دانشمندان دانشگاههای شیکاگو و کرنل با حمایت "آی ربات" و دارپا گیره ی ساده ای را ساخته اند که می تواند تقریبا همه چیز را بگیرد. این گیره از یک کیسه پر از قهوه تشکیل شده است که در حالت عادی با فشار ربات دور شی ای که می خواهد بلند شود قرار می گیرد و سپس با عمل تخلیه هوای بین قهوه ها ، شی را محکم می گیرد. عکس ها به خوبی بیانگر کاربری های جالب این طراحی هوشمندانه گیره می باشد.

یادداشتی در باب مقاومت مصالح

یادداشتی در باب مقاومت مصالح

ابتدا با اشاره به وابستگی تنش ها به سطح بیان می دارد که هرگونه سطح یا مرز زمینه مناسبی برای ایجاد و تمرکز تنش روی آن است. [ بر این اساس از دیدگاه اصل بقای اندازه حرکت خطی و دورانی می توان نوشت: این رابطه بیانگر آن است که می توان انتگرال هر کمیتی را از حالت حجمی به سطح و در نهایت روی مرز تبدیل کرد.

این موضوع اهمیت مرز خارجی هر پدیده مادی را به خوبی نشان می دهد و در حقیقت در عالم مادی, شخصیت هندسی هر جسم در نحوه و شکل اشغال فضا خلاصه می شود و نکته مهمتر آنکه لازمه ایجاد هرگونه تنش در ماده, وجود سطح و مرز(Boundry) میباشد.

از آنجاییکه تنش ها در نهایت باعث متلاشی شدن شخصیت هندسی جسم می گردد این ﺴﺆال مطرح میگردد که سمت و سوی این تلاشی به کدام جهت است و از دیدگاه فلسفی مقصد نهایی این تنشها و تمایل آنها به کدام سو است؟]

از دیدگاه دکتر مسعود دهقانی در کتاب ـ جهان در انبساط ـ اگر ذرات مادی به سمت درجات آزادی بالاتر میل کنند و از تراکم حجمی آنها کاسته گردد سطح و مرز گسترش یافته و برای یک مقدار نیروی مشخص تنش ها کاهش می یابند. و در نهایت زمانی که مرز یا سطح به سوی بی نهایت میل می کند تنش ها نیز به صفر خواهند رسید. در اینصورت هم مطابق تعریف تنش و هم بر اساس روابط دیورژنس و استوکس, تنش ها به سمت صفر رفته و حصول این امر به معنای انبساط جهان مادی است.

در رابطه مذکور مقدار انتگرال روی مرز یا سطح وابسته بردار n می باشد. در صورت میل کردن سطح یا مرز یک مقدار مشخص جرم m به سمت بینهایت در این صورت سطح یا مرز محو شده و بعبارتی بردار n جای تعریف ندارد . از این رو مقدار تنش ها وابسته به سطح و باندری جسم هستند و به عبارتی تنش های حجمی (Body force) نیز وابسته به حجم و قابل تبدیل روی مرز نهایی جسم می باشد.

1.1 نقش تکیه گاهها و درجات آزادی در ایجاد تنش

از دیدگاه روابط فیزیکی درجات آزادی برای اجسام مادی هم در سطح مولکولی تعریف می شود و هم در سطح ماکروسکوپیک. [ کاملاً روشن است که یک سازه یا جسم مادی هرچه دارای تکیه گاههای بیشتر در امتدادهای مختلف باشد از درجه آزادی آن کاسته می شود و کاسته شدن از درجات آزادی به مفهوم ایجاد نیروها و تنش های بیشتر در نقاط تکیه گاهی است و از طرفی افزایش نیروها وتنش ها سبب کاهش عمر و دوام سازه ها می گردد.

این مفهوم به خوبی نشان می دهد که کاهش درجات آزادی باعث افزایش تنش ها شده در ثانی برای حفظ موقعیت هر جسم یا هر سازه در درجات آزادی کم باید انرژی زیادی مصرف شود لذا بخوبی پیداست که ماده به سمتی میل می کند که هر چه بیشتر درجات آزادی ذاتی میکروسکوپی و ماکروسکوپی را افزایش دهد و حد نهایی این درجه آزادی با ایجاد تناظر یک به یک بین نقاط فضا و جسم حاصل می گردد و این به معنای انبساط جهان است].

 شاید اینگونه تصور شود که نگرش دکتر دهقانی به مبحث مکانیک مصالح, جهت تبیین تئوری انبساط جهان, نحوه رفتار اشیاء را به گونه ای تشریح می نماید که به نوعی با دیدگاههای جاندارانگارانه(animistic) از طبیعت چیزها مشابهت پیدا می کند . اما باید گفت در اینجا اشیاء و چیزها واجد یک روح درونی نیستند. آنچه سبب ایجاد تنش در سازه ها می گردد نه یک تعیین درونی که سنتز جدال میان ماده(Material) و ابعاد فضا است.

بنابراین به وضوح می توان نوعی پس زمینه فلسفی هگلی را در این مبحث مشاهده نمود. در نهایت این نوع نگرش به خوبی از پس توضیح و تبیین سمت و سوی پدیده ها بر می آید. در بحث تکیه گاهها(supports) با بررسی انواع تکیه گاهها نظیر تکیه گاههای غلتکی و میله ای(roller and link supports) , تکیه گاههای مفصلی (pinned supports) , و تکیه گاههای گیر دار و ثابت (fixed supports) به نتایج مشابهی می رسیم. افزایش تکیه گاهها سبب کاهش درجه آزادی شده و به تبع آن تنش ها نیز افزایش می یابند. و همچنین مطابق با این دیدگاه [ تا زمانی که ذرات بنیادین ماده به بالاترین درجه آزادی نرسند حرکت و جنبش و تنش در جهان مادی وجود خواهد داشت. و فقط زمانی جهان مادی از قید تنش رها خواهد شد که ماده به صورت انرژی در آید. صورتهایی از ماده که متراکم تر هستند مانند جامدات بیشتر تحت اثر اسارت مکان و فضا دچار تنش می شوند و به همین دلیل رو به استهلاک و تحلیل می روند و به صورتهایی از ماده که دارای درجات آزادی بیشتری هستند میل می کنند.]

 در بخشهای دیگری از کتاب انبساط جهان در توضیح ماهیت تنش آمده است:

[اصولاً در اسارت فضا و مکان بودن که از خصلتهای ماده است به معنی تحمل تنش ها و نیروهاست. و این تنش ها ماده را به سمت تسلیم شدن و افزایش کرنش ها و در نهایت افزایش درجات آزادی می کشاند. به همین دلیل صورتهایی از ماده که درجات آزادی و انعطاف پذیری (flexibility) بیشتری دارند دوام و پایداریشان بیشتر است و مرز Boundry)) و شخصیت هندسی آنها دارای بقاء بیشتری است. حفاظت از شخصیت هندسی اجسام و بویژه اجسام جامد توسط کمیتهای فیزیکی مانند مدول الاستیسیته حفاظت از شخصیت هندسی اجسام و بویژه اجسام جامد توسط کمیتهای فیزیکی مانند مدول الاستیسیته (modulus of elasticity) و مدول برشی E وG و ضریب پواسون υ صورت می گیرد که در صورت غیر ایزوتروپ و غیر همگن بوده اجسام این مدول ها افزایش می یابند و در هر امتداد و جهت, مقدار خاص خود را دارند.

در حالت نیروهای دینامیکی ضرایب مادی دیگری مانند ضریب استهلاک اضافه می گردد که برای اجسام مادی با اشکال هندسی مختلف و تحت نیروهای دینامیکی و استاتیکی این ضرایب در قالب ماتریسهای چند بعدی مانند سختی و جرم و ... ارائه می گردند. اما همه این مقاومت های درونی مادی بالضروره و با گذشت زمان و تحت اثر تنش ها و خستگی ها رو به کاهش گذاشته و اجسام با تراکم حجمی بالاتر به سمت انبساط و تلاشی جرمی حرکت می کنند.

در بعد سازه ای نیز هرچه انعطاف پذیری و درجات آزادی سازه ها بیشتر باشد دوام و پایداریشان بیشتر است و سطح و مرز و شخصیت هندسی آنها دارای بقای بیشتری است. به هم فشردگی ماده به این علت که تراکم حجمی بالا می رود و درجات آزادی ذرات بنیادین کاهش می یابد به شدت تنش زاست. و لذا این به هم فشردگی به اجبار و به طور طبیعی دارای حد و مرز خواهد بود.

در حالیکه در بعد افزایش حجم و کشش در ماده هرگونه افزایش حجم و بزرگ شدن جسم دارای حدود مشخص نیست و به دلیل سازگاری و انطباق این حالت کششی با افزایش درجات آزادی باندری جسم به سرعت گسترش می یابد. به همین علت بسیاری از مصالح در مقابل کشش (Tensional stress)ضعیف بوده و مقاومت چندان نشان نمی دهند در حالیکه در مقابل فشار(Compressional stress) ایستادگی می کنند.] در ادامه فرسودگی و استهلاک صورتهای مادی بر اساس درجات آزادی و تنشهایی که هر صورت مادی متحمل می شود توجیه می گردد. بنابراین مشاهده نمودیم که تبیین فلسفی تئوری انبساط جهان با براهین دقیق ,مستدل و حساب شده چگونه قادر است رفتار مکانیکی مصالح را به خوبی توجیه نماید.

 1.2 انرژی کرنشی , پایداری سازه و تنش های پس ماند

و برای هر سه محور خواهیم داشت: این رابطه انرژی کرنشی قابل بازیابی یا ذخیره کردن برای یک جزء تحت بار محوری را نشان می دهد. بر اساس این رابطه ضریب فنریت و (modules of resilence) و طاقت مصالح (toughness) که نقش موثری در دوام و پایداری جسم جامد دارند بدست می آید. بحث انرژی کرنشی را همچنین می توان برای خمشهای خالص (pure bending) و تنشهای برشی نیز بیان کرد که همگی پیام فلسفی واحدی دارند.

برای تنش های برشی: بااستفاده از قانون هوک :

بنابراین انرژی ذخیره شده یا قابل بازیابی در اجسام جامد خطی ارتجاعی با توان دوم تنش و عکس مدول الاستیسیته رابطه مستقیم دارد. برای یک مقدار مشخص جرم با کاهش جرم حجمی و انبساط مصالح سطح و مرز جسم افزایش یافته و حتی مقدار سختی جسم در برابر تغییرات شکلE و G نیز به شدت کاهش می یابد. لذا انبساط جسم برای مقدار مشخص جرم تنش را به شدت کاهش می دهد. این امر به دلیل وابستگی انرژی به توان دوم تنش باعث کاهش شدید سطح تراز انرژی کرنش شده و حالت پایدارتری را ایجاد می نماید.

در ادامه این پرسش را طرح می نماید که زایش تنش ها تا کجا ادامه می یابد و مقصد نهایی جهان مادی کجاست؟ . ] زایش تنش ها حداقل تا انبساط کامل و قابل تصور ماده و ایجاد تناظر یک به یک بین ذرات مادی و نقاط فضا ادامه می یابد...

هدف, رسیدن به صورتی از ماده در قالب نوعی از انرژی است که صورت اشغال کننده فضا در قالب جامد و مانع نباشد... نزدیکترین تصور به حالت نهایی ماده برای فرار از تنش ها انرژی نورانی است.[ جهان مادی بر اساس ضرورت به سمتی میل میکند که هر حجم اختیاری از فضا منطبق بر حداقل سطح تراز انرژی گردد و یا به سمتی میل می کند تا به حداکثر سطح دوام و ثبات و پایداری با حفظ اصل بقای ماده و انرژی و حذف تنش ها برسد یا بعبارتی ذرات مادی دارای بی نهایت درجه آزادی شوند و این به معنی انبساط جهان است. تبیین تئوری انبساط جهان با قانون نسبیت اینشتین نیز شایسته توجه است. ]

از آنجایی که مطابق با قانون E = mc² پایداری و دوام بیشتر ماده در سطوح تراز انرژی پایین تر اتفاق می افتد هر مقدار از جرم m با توان دوم سرعت نور وابستگی دارد لذا هرچه جرم حجمی کمتر باشد سطح تراز انرژی جرم اختیاری m کمتر بوده و پایدارتر است[ بنابراین می توان گفت معادلهء E = mc² نیز ﻤهر ﺘﺄیید دیگری بر تئوری انبساط جهان میکوبد.

در ادامه اینطور تحلیل می گردد که غایت انبساط ماده صرفاً شکل انرژی نورانی ندارد. و این مساله بدرستی با نتایج آزمایشگاهی و انحراف نور در اطراف میدان گرانشی هماهنگی دارد. بنابراین حد نهایی انبساط جهان فراغت و رهایی کامل از تنش ها خواهد بود.
 

کلمات تخصصی مهندسی مکانیک

کلمات تخصصی مهندسی مکانیک

تعداد صفحات:۵۰صفحه

حجم دانلود:۹۸کیلو بایت

لینک مستقیم

پسورد فایل :www.mscu.ir

دانلود